Способ определения акустических параметров горных пород

 

Изобретение относится к области геофизических исследований необсаженных и обсаженных скважин и может быть использовано при определен|5и акустических свойств горных пород в массиве. Способ включает излучение и прием акустических сигналов на .фиксированных расстояниях от излучателя при непрерывном его перемещении в скважине, амплитудно-временное квантование принятых сигналов, регистрацию результатов на магнитной ленте. Для повьшения оперативности и точности акустических свойств горных пород шаг амплитудно-временного квантования и регистрации сигналов по глубине скважины выбирают максимальным , но не более 0,25 T/S (ut), где Т - период излучаемого сигнала; S(ut) - максимально возможная разница удельных времен распространения упругих волн на границах пластов в интервале измерений, в начальной точке интервала измерений отображают акустический сигнал в амплитудновременньпс координатах, определяют с временные координаты одного или двух экстремумов дпя основных типов упру (Л гих волн, определяют периоды этих волн и задают координаты временных интервалов, середины которых совпадают с временными координатами экстремумов , а ширина - с периодами упругих волн, во время движения излучателя к следующей точке по амплитудно-временным координатам экстремумов вычисляют акустические параметры упругих волн и результаты вычислений регистрируют, на следующей точке временные координаты экстремумов волн определяют во временных интервалах, заданньгх на предыдущей точке, и определяют последующие временные интервалы. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК дд,! С 0) Ч i/40

ОПИСАНИЕ ИЗОВРЯтеНия

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3867362/24-25 (22) 28.03.85 (46) 30,10.86. Бюл. 111 40 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт ядерной геофизики и геохимии (72) Я.Н. Басин, Б.Е. Векслер, Н.Л. Дорфман, В.И. Ищенко, О.Л.Кузнецов и Л.Г. Петросян (53) 550.83(088.8) (56) Методические рекомендации по интерпретации материалов широкополосного акустического каротажа АКН-1, И.: ОНТИ ВНИИЯГГ, !980, с. 3-5.

Ивакин Б.Н., Карус Е.В., Кузнецов О.Л. Акустический метод исследования скважин. M.: Недра, !973, с. 160. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АКУСТИЧЕСКИХ

ПАРАИЕТРОВ ГОРНЫХ ПОРОД (57) Изобретение относится к области геофизических исследований необсаженных и обсаженных скважин и может быть использовано при определении акустических свойств горных пород в массиве. Способ включает излучение и прием акустических сигналов на ,фиксированных расстояниях от излучателя при непрерывном его перемещении в скважине, амплитудно-временное квантование принятых сигналов, регистрацию результатов на магнитной

„.,SU „„ A1 ленте. Для повышения оперативности и точности акустических свойств горных пород шаг амплитудно-временного квантования и регистрации сигналов по глубине скважины выбирают максимальным, но не более 0,25 Т/g (С), где Т вЂ” период излучаемого сигнала;

$(gt ) — максимально возможная разница удельных времен распространения упругих волн на границах пластов в интервале измерений, в начальной точке интервала измерений отображают акустический сигнал в амплитудновременных координатах, определяют временные координаты одного или двух экстремумов для основных типов упругих волн, определяют периоды этих волн и задают координаты временных интервалов, середины которых совпадают с временными координатами экстремумов, а ширина — с периодами упругих волн, во время движения излучателя к следующей точке по амп-: литудно-временным координатам экстремумов вычисляют акустические параметры упругих волн и результаты вычислений регистрируют, на следующей точке временные координаты экстремумов волн определяют во временных интервалах, заданных на предыдущей точке, и определяют последующие временные интервалы. I ил.

1267325

Изобретение относится к геофизическим исследованиям необсаженных и обсаженных скважин и может быть использовано при определении акустических свойств горных пород в массиве.

Целью изобретения является повышение оперативности и точности определения акустических свойств горных

1О пород.

Временные координаты экстремумов продольных, поперечных волн и волн

Лэмба (t) при пересечении границы пласта зависят от фиксированного pacl5 стояния между точками приема и излучения (1) и от скоростей упругих волн вьппе и ниже границы, т.е. от соответствующих этим скоростям удельных времен dta u at . Интервал изменения

20 от 1A до t в пределах границы пласта равен 1. Для того, чтобы вре менная координата экстремума упругой волны при перемещении излучателя от точки к точке (ah) в пределах грани25 цы пласта не изменялась более, чем на 0,25 периода волны (T), что является необходимым и достаточным условием для оперативного определения координат экстремума во временном интервале, заданном на предыдущей точке, шаг регистрации акустического сигнала .по глубине определяют иэ вы-. ражения

0,25 Т

l t tel

Для заданного интервала измерений в скважине максимально допустимый шаг регистрации акустических сигналов по глубине определяют иэ выраже 40 ния ьь„д„ =o,25т/ (д ) (2) где II(dt) — максималЬно возможная разница удельных времен на границах пластов в ин- 45 тервале измерений.

За счет определения экстремумов упругих волн в ограниченных временных интервалах объем цифровой информации в каждой точке измерений сокраща- 50 ется примерно в 5 раз, что создает по отношению к известному способу резерв для уменьшения шага временного квантования сигналов до 0,01 Т, обеспечивающего уменьшение фазовых пог- 55 решностей определения кинематических акустических параметров до 1Е (при шаге 5 мкс погрешность составляет

4-57). 3а счет выбора оптимального шага регистрации, обеспечивающего указанную вьш е воэможность определения экстремумов в ограниченных временных интервалах, сокращается также объем цифровой информации на единицу глубины, что дает воэможность осуществлять оперативное определение акустических параметров упругих волн при перемещении прибора, осуществляющего излучение и прием акустических сигналов между .соседними точками измерений и регистрировать результаты вычислений на магнитных и/или бумажных носителях.

На чертеже графически показан принимаемый полный акустический сигнал.

Определение акустических параметров горных пород по данному способу осуществляется следующим образом.

В процессе спуска прибора, осуществляющего излучение и прием акустического сигнала, на начальную точку интервала измерений определяют максимально возможную разницу удельных времен распространения упругих волн на границах пластов в интервале измеРений S (at)=(ata-at,п1„,д„ . ИсходЯ иэ величины R(6t) и величины периода излучаемого сигнала Т выбирают максимальный из возможных по существующей технологии скважинных измерений шагов регистрации по глубине (5, 10, 15, 20, ..., !00 см), но не превышающих величины QЙщд„=0,25Т/д(аС) . Например, при частоте излучаемого сигнала 9,8 кГц (Т=102 мкс) и (!1 )=

=120 мкс/м g h«„=0,21 м. Поэтому шаг регистрации выбирают равным 20 см.

1Чаг временного квантования выбирают исходя иэ требуемой точности определения кинематических параметров упругих волн с учетом имеющегося на= бора технически реализуемых времен аналого-цифрового преобразования (0,5; 1; 2; 3; 4; 5; 10 мкс). Например, при требуемой точности 1X mar временного квантования не должен превьппать величины О,О1 Т, т.е. в рассматриваемом примере должен быть равным 1 мкс. В начальной точке измерений Ь! регистрируют полный акус. тический сигнал в виде цифрового массива (чертеж . ). С помощью устройства отображения, например дисплея, этот цифровой массив в виде волновой картины виэуалиэируют. На иэображении

1267325

20

30 з волновой картины задают временные координаты экстремумов для упругих волн различных типов: продольной (t>p, Ар), поперечной (t >, А ), и волны Лэмба (t>L, А ), . Гогрег.ность задания временных координат экстремумов при выбранном согласно данному способу шаге регистрации по глубине может быть уменьшена до .IX (на чертеже показан шаг временного квантования, равный 0,05 Т). После того, как заданы временные координаты экстремумов для продольной, поперечной и лэмбовской волн, задают начальные и конечные точки временных интервалов для поиска координат экстремумов упругих волн в следующей точке измерении h =h +д11:(t„ tq) ) е(t„q з tq )

"(нь "к )г

С учетом того, что шаг регистрации по глубине ДЙ, выбранный согласно данному способу, гарантирует фазовый сдвиг сигнала не более чем на 0,25 периода излучаемого сигнала, ширина временного интервала выбирается равной величине видимого периода (всегда превышающего период излучаемого сигнала), причем середина интервала выбирается совпадающей с точкой экстремума. При этом гарантируется попадание экстремума в следующей точке измерений в задаваемый таким образом временной интервал. Например, если временные координаты экстремумов для продольной, поперечной и лэмбовской волн по одному из каналов прибора оказались равными эр =827, t» =1 634, 1 „=3549 мкс, а видимые периоды колебаний соответственно Тр =111, Тз=

168, Т = 244 мкс, интервалы для поисL ка экстремумов в следующей точке измерений выбирают для продольной волни „ =772 мкс, „р =882 мкс, для поперечной волны t>z =1550 мкс, =1718 мкс, для волны Лэмба t, =

=3427 мкс, t <„ =3671 мкс. Во время цвижения прибора к следующей точке измерений автоматически, например, с помощью универсальной микроЭВМ или специализированного микропроцессора по амплитудно-временным координатам экстремумов вычисляются акустические параметры упругих волн (удельные времена, скорости распространения, коэффициенты затухания и др.), Результаты вычислений регистрируются, например, с помощью накопителя на магнитной ленте или портативного печатающего устройства.

При достижении прибором следующей точки измерений автоматически производится амплитудно-временное квантование акустического сигнала, цифровая регистрация полного акустического сигнала и определение временных координат экстремумов упругих волн во временных интервалах, заданных на предыдущей точке, затем в процессе движения и очередной точке определяются новые временные интервалы для поиска экстремумов, вычисляются и регистрируются акустические параметры и т.д. В результате формируются магии гный и/или бумажный носитель с зарегистрированными цифровыми значениями акустических параметров горных пород в интервале по разрезу скважины.

Данный способ определения акустических свойств горных пород в силу различных технических причин (срывы синхронизации и т.п.) не всегда может быть реализован на скважине. С целью повьппения оперативности определения акустических свойств горных пород возможно применение данного способа в модификации, ориентированной на определение акустических свойств горных пород по замерам полных акустических сигналов в цифровом виде. При определении акустических свойств горных пород данным способом по замерам полных акустических сигналов в цифровом виде, в случае фазового сдвига акустического сигнала очередного замера по отношению к предьдущему замеру на величину, превышающую 0,5 периода колебаний (срыв

40 синхронизации), виализируют акустический сигнал очередного замера в цифровом виде, определяют. новые временные координаты одного или двух экстремумов для основных типов упру45 гих волн, определяют периоды этих волн и задают новые координаты временных интервалов, середины которых совпадают с временными координатами экстремумов, а ширина — с периодами упругих волн, и продолжают определение акустических свойств горных пород согласно данному способу.

Необходимость визуализации акустического сигнала очередного замера

55 в случае фазового сдвига сигнала по отношению к предыдущему замеру на величину, превьппающую 0,5 периода . колебаний, обусловлена тем, что в этом случае эастремумы упругих волн

1267325 очередного замера не попадают во временные интервалы, границы которых установлены при определении акустических параметров упругих волн предыдущего замера. Практика показывает, что такие ситуации возникают не чаще

2-3 раз на 100 м разреза и поэтому оперативность определения акустических свойств горных пород по замерам полного акустического сигнала неэна- 1Q чительно ниже, чем при реализации предлагаемого способа непосредственно в процессе измерений в скнажине.

Точность определения акустических свойств горных пород по замерам определяется условиями проведения измерений и в случае, когда измерения выполнены при ограничениях на шаг регистрации по глубине, укаэанных в

Данном способе, эта точность не ниже 2п точности определения акустических свойств горных пород в процессе измерений на скважине.

Таким образом, применение предлагаемого способа обеспечивает более точное и оперативное определение акустических свойств горных пород по сравнению с изнестнь1м способом, что позволяет проводить определение физико-механических и коллекторских 30 свойств горных пород непосредственно н процессе измерений на скважине с любыми приборами акустического каротажа либо по замерам полного акустического сигнала. 35

Использование предлагаемого способа обеспечивает сокращение времени определения акустических параметров горных пород для 100 м разреза с

1-2 дн до 10-15 мин; уменьшение по- 40 грешности определения кинематических параметров упругих волн с 4-5 до 17 и связанное с этим повышение точности определения физико-механических и коллекторных свойств горных пород 45 и их насыщенности; оперативное и точное определение физико-механических и коллекторских свойств горных пород непосредственно в процессе измерений; исключение затрат машинного нре- gg мени и использования ЭВМ типа EC u

CM на вычислительных центрах; повышение производительности установок, осуществляющих получение и регистра-, цию акустической информации по разрезу, что приводит к снижению затрат на задалживание скважин, обеспечение безаварийного бурения глубоких скважин за счет оперативности определения физико-механических снойстн горных пород с помощью предлагаемого способа, Пример . На скважине в интервале от 3184 до 3284 м проводят определение акустических свойств горных пород известным и предлагаемым способами. В обоих случаях используют аппаратуру АКН-1 и "Пласт-1П". Во втором случае дополнительно используют микроЭВМ "Электроника-60", дисплей и печатающее устройство. При определении акустических свойств горных пород известным способом перемещение прибора, осуществляющего излучение акустических сигналов с частотой и

=8 5 кГц и их прием, проводят со скоростью 720 м/ч; шаг регистрации по глубине выбирают равным 11Ь=0,25 м, шаг временного квантования — 5 мкс.

На следующий день после проведения измерений на скважине магнитную ленту с замерами полного акустического сигнала обрабатывают на ЭВМ ЕС-1022 н течение 3 ч. Определяют акустические параметры горных пород: Ь, 6t.9 " V, Кн g a также парамет ры Кд, 1(„.г характеризующие коллекторские свойства горных пород.

Интерпретация результатов нычислений и данные геофизических исследований того же интервала скважины другими методами показывают наличие пластов карбонатных осадочных пород с,большими скоростями распространения продольных волн {малыми удельными временами). Для таких пород при средней погрешности определения интервальных времен распространения волны 5 мкс (1 шаг нременного квантования) соответствующая относительная погрешность определения удельного времени расгространения и следовательно, других акустических параметрон в низкопористых пластах составляет "3-4Х.

При определении акустических свойстн горных пород данным способом в процессе спуска скважинного прибора определяют максимальную разность удельных времен распространения продольных волн на границах пластов в указанном интервале измерений

${gt)=130 мкс/с. Затем определяют величину

5h

0,25 " 0,25

fW6t7 8,5 ° 10 Гц 130 10 м

-.=0,226 м., 325

7 1267

Шаг регистрации по глубине 4h=0,2 м.

Скорость перемещения скважинного прибора 720 м/ч. Шаг временного квантования 2 мкс. В начальной точке измерений на глубине 3284 м акустический сигнал регистрируют и визуализируют с помощью дисплея. На изображении волновой картины определяют времен- ные координаты экстремумов упругих волн и видимые периоды этих волн.

По 1-му каналу: t =602 мкс, С . =714 мкс, Tp=t -t p, =1 12 мкс;

t g(=l 1 10 С 1236 MKcg Т С Сз

=126 мкс.

По 2-му KaH y: tie =768 мкс У 5

С 882 мксу Т Срт tpq 1 14 мкс;

С, =1416 мкс, С =1542 мкс, Т =

-t l =126 мкс. зт %

Эти значения вводят в микроЭВМ, после чего скважинный прибор приво- 20 дят в движентте и выполняют измерения в указанном интервале глубин. Время перемещения прибора меящу соседними точками измерений (0,2 м) при скорости 720 м/ч — 1 с. За это время 25 автоматически с помощью микроЭВМ определяют временные интервалы для поиска экстремумов упругих волн, определяют амплитудно-временные координаты экстремумов и по этим данным 50 вычисляют акустические параметры горньм пород 4С,р, 4С, Ч, 7 с в a Ta e параметры K» " р характеризующие коллекторские свойства горных пород. Результаты регистрируют на магнитной ленте и на бу° . маге в цифровом виде. Общее время определения акустических свойств горных пород в указанном интервале глубин 12 мии. Погрешность определения ф интервальных времен 2 мкс. Соответствующая относительная погрешность определения акустических параметров l во всем интервале глубин - не ниже

1-1,5Х. 45

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с известным повышает точность определения акустических свойств горных пород более, чем в 2 раза, а также повышает оперативность примерно в 50 раз.

Формула и з о б р е т е н и я

Способ определения акустических параметров горных пород, включающий излучение и прием акустических сигналов на фиксированных расстояниях от излучателя при непрерывном его перемещении в скважине, амплитудновременное квантование принятых сигналов, регистрацию результатов на магнитной ленте и определение акустических свойств горных пород в массиве, отличающийся тем, что, с целью повышения оперативности и точности определения акустических свойств горных пород, шаг амплитудно-временного квантования и регистрации сигналов по глубине скважины выбирают максимальным, но не более

0,25Т/3(4t), где Т вЂ” период излучаемого сигнала;

3(4t) — максимально возможная разница удельных времен распространения упругих волн на границах пластов в интервале измерений, в начальной точке интервала измерений отображают акустический сигнал в амплитудно-временных координатах, определяют временные координаты одного или двух экстремумов для основных типов упругих волн, определяют периоды этих волн и задают координаты временных интервалов, середины которых совпадают с временными координатами экстремумов, а ширина — с периодами упругих волн, во время движения излучателя к следующей точке по амттлитудно-временным координатам экстремумов вычисляют акустические параметры упругих волн и результаты вычислений регистрируют, на следующей точке временные координаты экстремумов волн определяют во вре- менных интервалах, заданных на предьтдущей точке, и определяют последующие временные интервалы.

1(у (/ ((/ ! (! (((! (!

» (( (( ((-! !

Составитель H. Журавлева

Редактор Л. Повхан Техред М.Ходанич Корректор Е. Рошко

Заказ 5769/43 Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4