Способ для обследования зазора в буровой скважине и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин. Цель изобретения - повышение точности обследования. Для этого направляют основные узконаправленные импульсы акустической энергии к отдельным сегментам стенки скважины от части инструмента, находящейся по его длине вблизи микроэлектродной решетки. Направляют также сигналы от акустических преобразователей из множества точек. Положение точек относительно каждого электрода решетки задано, и они распределены относительно микроэлектродной решетки с возможностью определения расстояния между стенкой скважины и каждым отдельным электродом решетки. Импульсы акустической энергии образуют лучи, размеры поперечного сечения которых соизмеримы с пространственной разрешающей способностью, обеспечиваемой электродами. Дополнительно направляют первые испытательные акустические импульсы от первого калибровочного преобразователя на расстоянии, исключающем наложение возбужденных преобразователем импульсов и импульсов, отраженных от первой мишени. Детектируют отражение от первой мишени первые испытательные импульсы. Из последних получают калибровочные сигналы, изменяющиеся в функции глубины. Направляют вторые испытательные акустические импульсы от второго измерительного преобразователя через буровой раствор на вторую мишень на инструменте. Детектируют отражение второй мишенью вторые испытательные импульсы, из которых получают сигналы, определяющие скорость акустической волны в буровом растворе в функции глубины. Величину зазора между электродами и стенкой скважины корректируют с учетом калибровочных сигналов и сигналов, определяющих скорость акустической волны в буровом растворе. Устройство для осуществления данного способа содержит узел определения измеряемого параметра, выполненный в виде микрорешетки из множества перекрывающихся рядов электродов для измерения удельного сопротивления породы. Устройство также имеет узел определения величины зазора в виде средств для направления импульсов акустической энергии. 2 с. и 8 з.п. ф-лы, 17 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК д1) 4 E 21 В 47/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОГ1ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К flATEHTV

11М i1 1 1! . Е,: ЗЛА (21) 3565745/23-03 (22) 23 . 03 . 83 (31) 361224 (32) 24 . 03. 82 (33) US (46) 23.12.89. Бюл. Ф 47 (71) Шпюмбергер Оверсиз С.А, (PA) (72) Майкл П. Экстром и P,Ìàðê Хавира (VS) (53) 622.141 (088.8) (56) Ивакин Б.H. и др ° Акустический метод исследования скважин.

Недра, 1978, с. 135-139.

Комаров С.Г. Геофизические методы исследования скважин . — N.: Недра, 1973, с. 116-124. (54) СПОСОБ ДЛЯ ОБСЛЕДОВАНИЯ ЗАЗОРА

В БУРОВОЙ СКВАЖИНЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин. Пель изобретения — повьш|ение точности обследования. Для этого направляют основные узкона и равленные импульсы акустической энергии к отдельным сегментам стенки скважинь1 от части инструмента, находящейся по его длине вблизи микроэлектродной решетки. Направляют также сигналы от акустических преобразователей из множества точек.

Положение точек относительно каждого электрода решетки задано, и они рас— пределены относительно микроэлектродной решетки с возможностью определения расстояния мелку стенкой скважинь1, и каждым отдельн м электродом решетки. Импульсы акустической энергии образуют лучи, размеры поперечного се„„SU„„1531863 А 3 чения которьж соизмеримы с пространственной разрешаюшей способностью, Р обеспечиваемой электродами. Дополнительно направляют первые испытательные акустические импульсы от первого калибровочного преобразователя на расстоянии, исключающем наложение возбужденных преобразователем импульсов и импульсов, отраженных от первой мишени, Детектируют отраженные от пе рвой мишени пе рвые испытательные импульсы. Иэ последних получают калибровочные сигналы, иэменяюшиеся в функции глубины. Направляют вторые испытательные акустические импульсы от второго измерительного преобраэо- ф вателя через буровой раствор на вторую мишень на инструменте. Детектируют отраженные второй мишенью вторьк испытательные импуль сы, из ко то рых получают сигналы, определяющие с ко— рость акустической волны в буровом растворе в функции глубины. Величину зазора между электродами и стенкой скважины корректируют с учетом калибровочных сигналов и сигналов, опредем ь ляющих ско рос ть акустической волны в буровом растворе. Устройство для осуществления данного способа содержит узел определения измеряемого параметра, выполненный в виде микрорешетки из множества пе рек рываюшихся рядов электродов для измерения удельного сопротивления породы. Устройство а также имеет узел определения величины зазора в виде средств для направ- (,ф4 ления импульсов акустической энергии.

2 с. и 8 з.п. ф-лы, 17 ип.

1531863

Изобретение относится к технике геофизического исследования скважин и предназначено для обследования зазора в буровой скважине при исследовании формаций Земли, преимущественно при определении удельного электрического сопротивления породы.

Цель изобретения - повьппение точности обследования, t0

На фиг. 1 приведено устройство для обследования зазора в буровой . скважине; на фиг, 2 - схема размещения датчиков относительно стенки ,скважины, на фиг, 3 - временная диаг- 15 рамма расстановки импульсов акустического датчика, на фиг, 4 — блоксхема узла автоматической коррекции величины измеряемого параметра, на фиг. 5 — буровой инструмент, внд спе- 20 реди, на фиг. 6 — схема отклонения бурового инструмента, на фиг. 7 — горизонтальная проекция вдоль плоскости, пересекающей ряд акустических датчиков на буровом инструменте; на 25 фиг . 8 — сечения калибровочного акустического датчика и измерительного акустического датчика скорости акус тической волны в буровом растворе; на фиг. 9 — временная диаграмма расстановки импульсов датчиков; на фиг. 10 — блок-схема алгоритма работы блока обработки сигналов; на фиг. 1 1— блок-схема алгоритма работы узла автоматической коррекции величины изме-35 ряемого параметра; на фиг. 12 — первая модификация ряда акустических датчИков, аксонометрическая проекция, на фиг . 13 — то же, боковая проекция; на фиг, 14 — то же, вид спереди; íà 40 фиг. 15 — вторая модификация ряда акустических датчиков, аксонометрическая проекция; на фиг. 16 — схема размещения акустических датчиков; на фиг. 17 — третья модификация ряда . 45 акустических датчиков, аксонометрическая проекция.

Устройство для обследования зазора в буровой скважине 1 при исследовании формаций Земли, проходимой при помощи бурового инструмента 2, содержит установленный на сегменте 3 бурового инструмента 2 узел определения измеряемого параметра (удельного электрического сопротивления), узел определения величины зазора SO между буровым инструментом 2 и стенкой 4 скважины 1 и узел автоматической коррекции величины измеряемого параметра с учетом величины зазора.

Буровой инструмент 2 имеет пружину 5 и сегмент 3 в виде скользяших по стенке 4 скважины 1 салазок . 1!огут быть использованы и другие приспособления для связи со стенкой 4, например, такие, как колодка или шарнирно подсоединяемая подушка.

Узел определения измеряемого параметра выполнен в виде установленной на сегменте 3 бурового инструмента 2 микрорешетки из множества близких .перекрывающихся рядов Ь электродов 7 для измерения удельного электрического сопротивления Ri породы в сплошной кольцевой зоне стенки 4 скважины 1 с разрешающей способностью, соответствующей поперечным размерам электродов 7. Размеры последних выбирают как можно меньшими, порядка нескольких миллиметров в диаметре, что обеспечивает измерение сопротивления Ri относительно малых аномалий этого сопротивления, таких, которые присутствуют в местах излома (трещины) 8 или на границе 9 раздела между тонкими подушками 10 и II (фиг, 2), Несмотря на наличие пружины 5, которая прижимает микрорешетку электродов 7 к стенке 4 скважины 1, между электродами 7 и стенкой 4 может образоваться зазор S0. Образование за.зора приводит к тому, что результаты, получаемые при изме рениях сопротивления, становится трудно интерпретировать. Такие заэоры могут, например, возникать в результате наличия полости перед сегментом 3 бурового инструмента 2 или глинистой корки, или при подъеме или наклоне бурового инструмента 2.

Действие зазора может быть оценено, например, в соответствии с *иг.2, где в одном случае электрод 7 тесно прижат к стенке 4, а в другом нахо" дится на расстоянии зазора SO от стенки 4. В случае тесного прилегания выходной ток электрода 7 при пересечении границы 9 между подушками 10 и 11 с различными сопротивлениями имеет вид, представленный кривой 12. В случае, когда электрод 7 пересекает трещину, например, такую, как трещина 8, то наличие ее высокой проводимости приводит к характерной реакции (фиг.2, в виде кривой 13).

1531863 6

В случае наличия зазора SO или глинистой корки 14 между электродом 7 и стенкой 4 буровой скважины распределение 15 тока менее сфокусировано по сравнению с распределением 15 тока в случае тесного прилегания. При,чем реакции электрода 7 на поверхность таких аномалий, как трещины или тон к ие г ран ивы подушек, подобны тому, как показано в виде кривых 16 и 17.

Эти кривые показывают выравнивание токов измерения электродов 7, как бы в случае более медленного изменения формаций, чем это есть на самом деле.

Вследствие высокой разрешающей спо™, собности ряда 6 электродов 7, порядка 2,5 мм для обеспечения подробной

"картины" стенки 4, присутствие глинистой корки 14 или условий наклона бурового инструмента 2 оказывает серьезное возмущающее воздействие на измерения тока электродов 7.

С целью компенсации этого воздействия узел определения величины за-. зора SO между буровым инструментом 2 и стенкой 4 скважины 1 выполнен в виде средств для направления импульсов акустической энергии в направлении стенки 4 буровой скважины l распо" ложенньм на буровом инструменте 2 с возможностью обеспечения определения зазора SO между соответствующим рядом 6 электродов 7 микрорешетки и стенкой 4 скважины I и генерации сигналов отражения, возникающих под действием импульсов, А также в виде средств для генерации из сигналов отражения сигналов зазора SO показывающих величину зазора SO микрорешетки от стенки 4 скважины 1.

Сигналы зазора SO и сигналы сопротивления Ri передаются по кабелю 18 на поверхность в блок 19, который генерирует соответствующие сигналы для записи на регистраторе 20 бурового журнала, в котором токи электродов 7 и измерения зазора SO наносятся соответс твенно в виде графика 21 сопротивления и величины зазора SO как функции глубины.

С редс тв а для нап равлен ия импульсов акуатической энергии в направлении стенки 4 скважины 1 имеют множество акустических преобразователей — акустические датчики 22 для определения зазора, калибровочный акустический датчик 23 и измерительный акустический датчик 24 скорости акустической волны в буровом растворе.

Датчики 22 расположены относитель5 но микрорешетки электродов 7 на буровом инструменте 2 с возможностью on— ределения расстояния (зазора SO) между стенкой 4 скважины 1 и каждым отдельным электродом 7 микрорешетки.

Кажцый из множества акустических датчиков 22 расположен в поперечно-ориентированной относительно продольной оси бурового инструмента 2 решетке

25, размещенной со смещением величиной d по вертикали от микроэлектродной решетки с возможностью обеспечения определения зазора SO против каждого электрода 7 (фиг. 5) . Акустические датчики, например в виде пары

20 датчиков 22, расположены выше микроэлектродной решетки со смещением величиной d, а датчики 22 решетки 25 расположены ниже микроэлектродной решетки.

25 Размещение датчиков 22 на известных (заданных) расстояниях от электродов 7 и в непосредственной близости от них позволяет точно определить смещение датчиков 22 по глубине, а

30 показания датчиков 22 могут интерполироваться для получения величины зазора против каждого электрода 7 в ряду 6. Например, если буровой инструмент 2 имеет существенный наклон (фиг. 6), то может быть определена разница зазоров SO,, и SO, измеренных соответственно . парой датчиков 22, расположенных выше ряда 6 электродов 7, и датчиками 22 решетки

40 25. Соответствующая разница зазоров может быть определена против каждого электрода 7 в ряду 6.

Необходимость применения множества акустических датчиков 22, вместо одного, обусловлена следующими факторами.

Небольшие неровности поверхности буровой скважины против ряда 6 электродов 7 приводят к различному

Восприятию сопротивления породы различными электродами 7 в ряду 6. Форма поперечного сечения буровой скважины . 1 может быть такова, что она приводит к непредсказуемым ориентациям бурово—

55 го инструмента 2 по отношению к стенке 4 скважины I

Устранить влияние указанных факторов на измерение сопротивления породы Heвозможно. Поэтому используют

1531863 множество акустических датчиков 22 для измерения зазора против каждого из электродов 7 в ряду 6.

Поскольку величина зазора не иэме5 няется равномерно далее коротких расс тояний, то предпочтительно решетку 25 образовывать со смещенными в сторону датчиками 22 (фиг. 1 и 5) °

Каждый иэ акустических датчиков 22 (фиг, 2) имеет пьезоэлектрический элемент 26 и снабжен линией 27 задержки акустических импульсов, поверхность

28 раздела которой заканчивается по существу на той же поверхности, как для электродов 7 на буровом инструменте 2, Время Т, задержки линии 27 выбрано из условия исключения наложения возбужденных датчиком 22 акустических импульсов и отраженных акусти- 20 ческих импульсов.

Датчики 22 (фиг. 1-8) имеют цилиндрическую форму с диаметром 0 величиной около 6 мм. Импульсы возбуждения в датчиках 22 приводят к передаче 25 акустических волн с частотой порядка

1 МГц. С этой рабочей частотой датчики 22 работают с полем в области на расстоянии D /a, так что форма поля

2 остается существенно коллимированной 30 на расстоянии зазора, т.е, в основном может приспосабливаться к максимальной величине зазора менее 20 мм, Пространственная разрешающая способность такого датчика составляет величину порядка от 5 до 10 мм.

Выбор этих размеров и рабочей частоты могут изменяться. Например, диаметр D (Фиг. 5) может увеличиваться, чтобы получить более длинную коллимированную соседнюю область с меньшей чувствительностью к неровным поверх-, ностям стенки 4 скважины 1. Однако большой диаметр обеспечивает менее высокую разрешающую способность величины зазора.

Частота датчика 22 может быть увеличена для получения лучшего диапазона разрешающей способности и бодее длинной соседней области поля. Одна50 ко увеличение частоты приводит к возрастанию чувствительности, к неровностям поверхности и сильному ослаблению акустической волны.

Акустическая линия 27 задержки мо55 жет быть увеличена по длине 1 для расширения величины наблюдаемого зазора и уменьшения кольцевого эффекта источника, если он имеется. Однако очень длинная акустическая линия 27 задержки уменьшает скорость запуска и увеличивает время разложения отражений, что приводит к более низкой разрешающей способности. Линия 27 задержки для использования при рабочей частоте в

1 1Тц с датчиком 22 диаметром 6 мм имеет длину около 10 им. Длина представляется временем Т,, которое необходимо для перемещения акустического ьипулъса к поверхности 28. раздела.

Интервал Т используется для прохождения акустического импульса от поверхности 28 раздела к стенке 4 скважины 1 и измеряется в качестве показания величины зазора SO, Поэтому датчик 22 используется также для восприятия акустического отражения. Интервал Т, характеризующий зазор, получается при определении акустического отражения импульса от стенки 4 скважины 1. Индикация величины зазора может быть получена при помощи измерения времени прохождения акустического импульса к стенке 4 и вычитания иэ него времени прохождения к поверхности 28 раздела. Зазор должен измеряться таким образом, чтобы обеспечить различие в определении толщины, отличающихся друг от друга приблизительни на 5 мм.

Однако изменение давления и температуры по глубине скважины влияет на время прохождения акустического импульса через линию 27 задержки и ciao" рость акустической волны в буровом растворе, что искажает показания датчиков 22, определяющих величину зазора. Для измерения воздействия ок" ружающих условий буровой скважины 1 на датчики 22 применяют датчики 23 и 24, каждый иэ которых снабжен линией 27 задержки.

Калибровочный акустический датчик (преобразователь) 23 (фиг. 5) имеет конструкцио, подобную конструкции акустического датчика 22 для определения зазора, и снабжен мишенью в виде отражающей поверхности 29, обеспечивающей получение акустических отражений, возникающих под действием акустических ° импульсов от калибро- ° вочного акустического датчика 23 и детектируемых им.

Измерительный акустический датчик

24 скорости Ч акустической волны в буровом растворе снабжен мишенью в виде отражающей поверхности 30 и па9 1 5318 зом 31 заданной ширины S который выполнен на буровом инструменте 2, заполнен буровым раствором и расположен между акустическим датчиком (преоб5 разователем ) 24 скорости акустической волны в буровом растворе и отражающей поверхностью 30, обеспечивающей получение акустических отражений, регистрируемых датчиком 24. Паэ 31 вырезан в стенке 32 нижней части сегмента 3 бурового инструмента 2. Однако паэ 3! может быть выполнен и в другом месте бурового инструмента 2 в окрестности ряда 6 датчиков 7. Предпочтительнее размещать паз 31 сбоку или в стороне от сегмента 3 бурового инструмента 2.

Возможны также различные модификации выполнения ряда акустических дат- 20 чиков 22. В первой модификации (фиг. 12-14) средства для направления импульсов акустической энергии в направлении стенки 4 скважины 1 имеют. акустические датчики 22 для определе- 25 ния зазора, которые расположены в поперечном относительно продольной оси

1 бурового инструмента 2 ряду 33 и смонтированы в углублении 34 ниже ряда 6 электродов. Акустические датчики 22 имеют общую отражающую поверхность 35, которая установлена в углублении 34 сегмента Э бурового ин струмента 2 под углом 45 к его боковой поверхности 36 и к направленио акустических пучков датчиков 22, расположенных на поверхности 37 раздела, которая находится против отражающей поверхности 35. Углубление 34 заполнено материалом, который выполняет 40 функции акустической линии 27 задержки и .приближается как можно ближе по акустическому импедансу к акустическому импедансу бурового раствора скважины 1. Ряд 33 акУстических дат- 45 чиков 22 для определения зазора расположен на расстоянии от отражающей поверхности 35 и от боковой поверхности 36 бурового инструмента 2, исключающем наложение возбужденных 50 акустическими датчиками 22 импульсов и импульсов, отраженных от стенки 4 буровой скважины 1. Ряд 33 датчиков

22 расположен вдоль поверхности 36, кривизна которой соизмерима с кривизной стенки 4 скважины

Ф

Вторая модификация ряда 38 акусти» ческих датчиков 22 (фиг. 15 и 16) Вы» полнена в виде двух рядов (фиг.15) с.

63 1О отражающими поверхностями 39 и 40 в соседних углублениях 41 и 42, которые заполнены материалом, выполняющим роль линии 27 задержки.

Третья модификация ряда 43 акустических датчиков 22 (фиг. 17) образована посредством слоя 44 иэ акустического материала, генерирующего импульсы. Ряд 43 расположен сверху и прикреплен к слою 45 иэ акустического абсорбирующего материала. Слоем 44 ряд 43 разделен на отдельно возбуждающиеся датчики 22, каждый иэ которых генерирует луч акустической энергии через слой линии 27 задержки.

Средства для направления импульсов акустической энергии в направлении стенки 4 скважины 1 содержат узлы 46 для определения момента превышения сигналами отражения порогового уровня, определяемого шумовыми жпульсами, и узлы 47, реагирующие на калибровочные сигналы, для уменьшения порогового уровня, когда акустическое отражение не определяют внутри периода времени, определяемоro калибровочными сигналами.

В состав устройства (фиг. !) входит блок 48 коммутации токов I ; электродов 7, а также генераторы 49 импульсов и мпульсный усилитель 50, связанные с блоком 51 обработки сигналов, и узел 52 (фиг, 4) автоматической коррекции величины иэмеряемого параметра (удельного электрического сопротивления породы) с учетом величины зазора.

Блок-схема (Ьиг. 10 ) алгоритма работы блока .51 обработки сигналов включает следующую последовательность операций: 53 — включение калибровочного акустического датчика 23; 54 запоминание времени t включения датчика 23; 55 - выбор уровня срабатывания, исключающего шумы .системы; 56 есть отрамение или нет от поверхности 29; 57 — запоминание времени с „ прихода отражения от поверхности 29;

58 — измерение интервала дТ с

t калибровки; 59 — включение измерительного акустического датчика 24;

60 — запоминание времени t включения датчика 24; 61 — установка временного окна поверхности 28 раздела, 62 — есть отраженный сигнал или нет от поверхности 28 раздела, 63 — меньше временного окна или нет, 64 уменьшение до низшего уровня срабатыll 153 вания, превышающего шум системы; 65 уровень срабатывания на нижнем пределе или нет; 66 — запоминание времени прихода отраженного импульса от поверхности 28; 67 — измерение амплитуды отраженного сигнала от поверхности 28; 68 — установка времени

ЬТ y и амплитуды отраженного сигнала, 69 — есть отраженный сигнал или нет от поверхности 30; 70 — установка времени ожидания; 71 — запоминание времени t11 прихода отраженного сигнала от поверхности 30; 72 — измерение интервала времени йТ вЂ” 4Tca e, 7 3 — вычисление скорости акустической волны в буровом растворе; 74 — включение акустического датчика 22; 75 — установка уровня срабатывания датчика 22; 76 — запоминание времени включения датчика 22; 77— есть возврат или нет акустического сигнала от стенки 4 скважины; 78 запоминание времени t > прихода сигнала от стенки 4; 79 — задержка 4Т „, 80 — увеличение числа датчиков 22;

81 — все датчики 22 включены или нет, 82 — определение интервала времени, соответствующего величине зазора,83 определение скорости акустической войны в буровом растворе; 84 — опрос токов Т электродов; 85 — установка более низкого уровня срабатывания датчика 22; 86 — возврат больше порога срабатывания или нет; 87 — больше времени T„„„или нет; 88 — установка максимального времени прихода отражения от поверхности 30; 89 — регистрация зазора, 90 — регистрация произведения интервала времени, соответствующего зазору, на скорость акустической волны в буровом растворе, 91 регистрация токов I электродов; 92 возврат к операции 53.

Средства для генерации из сигналов отражения сигналов зазора SO имеют узлы 53 и 54 (фиг. 10.), реагирукшие на определяемые акустические отражения, возникающие под действием акустических импульсов от калибровочного акустического датчика 23 для генерации акустических калибровочных сигналов, соответствующих калибровке датчика 22 для обследования зазора, как функции глубины. Средства для генерации из сигналов отражения сигналов зазора SO имеют узлы 72 и 73. реагирующие на определяемые акустические отражения, возникающие под

1863 12 действием акустических импульсов от измерительного акустического датчика

24 скорости акустической волны в бу5 ровом растворе для генерации калибровочных сигналов, соответствующих скорости акустической волны в буровом растворе, как *ункции глубины, и узлы 89 — 91 для коррекции величины сигнала зазора в соответствии с акус-. тическими калибровочными сигналами и калибровочными сигналами скорости акустической волны в буровом растворе.

Блок-схема (фиг. 11) алгоритма работы узла 52 автоматической коррекции величины измеряемого параметра включает следующую последовательность операций: 93 — измерение зазора SO

20 для каждого электрода, 94 - идентификация тока электрода в виде функции зазора SO; 95 — идентификация области постоянного зазора SO; 96 — выполнение операции коррекции; 97 - регист25 рация скорректированных значений удельного электрического сопротивления.

Способ для обследования зазора в буровой скважине осуществляется сле30 дующим образом.

При исследовании формации Земли измеряют удельное сопротивление породы инструментом 2, на сегменте 3 которого имеется микроэлектродная решетка для измерения удельного электрического сопротивления породы в дискретных точках множества близких, перекрывающихся рядов 6, обеспечивающая измерение удельного сопротивления

40 породы в сплошной кольцевой зоне стенки 4 скважины 1 с разрешающей способностью, соответствующей поперечным размерам электродов 7 в решетке. Направляют к стенкам 4 скважины

1 основные узконаправленные импульсы акустической энергии, детектируют от; раженные от стенки 4 скважины 1 акустиче=кие сигналы, определяют из отраженных акустических сигналов величины

50 зазора SO между электродами 7 и стенкой 4 скважины 1 и корректируют значения измеренных величин удельного сопротивления с учетом величины зазора SO, При этом осуществляют на55 правление основных узконаправленных импульсов акустической энергии к отдельным сегментам стенки 4 скважины

1 от части инструмента 2, находящейся по его длине вблизи микроэлектрод13 .153 ной решетки, о т акус тических преоб разователей 22 из множества точек, положение которых относительно каждого электрода 7 решетки задано и которые распределены относительно микрозлектродной решетки с возможностью определения расстояния между стенкой 4 скважины 1 и каждым отдельным электродом 7 решетки, а импульсы акустической энергии образуют лучи, размеры поперечного сечения которых соизмеримы с пространственной разрешающей способностью, обеспечиваемое электродами 7. Дополнительно направляют первые испытательные акустические Импульсы от первого калибровочного преобразователя 23 на первую мишень 29 на инструменте 2, которую располагают от первого калибровочного преобразователя 23 на расстоянии, исключающем наложение возбужденных указанным преобразователем 23 импульсов и импульсов, отраженных от первой мишени 29.

Детектируют отраженные от первой мишени 29 первые испытательные ж пульсы, из которых получают калибровочные сигналы, изменяющиеся в функции глубины. Направляют вторые испытательные акустические импульсы от второго измерительного преобразователя 24 через буровой раствор на вторую мишень

30 на инструменте 2, которую располагают от второго измерительного преобразователя 24 на расстоянии, исключающем наложение возбужденных преобразователем 24 импульсов и импульсов, отраженных от второй мишени 30. Детектируют отраженные второй мишенью 30 нторые испытательные импульсы, из которых получают сигналы, определяющие скорость акустической волны в буровом растворе н функции глубины, а величину зазора SO между электродами 7 и стенкой 4 скважины 1 корректируют с учетом калибровочных сигналов и сигналов, определяющих скорость акустической волны н буровом растворе. Кроме того, направляют дополнительные узконап ранленные импульсы акустической энергии из точек инструмента 2,которые располагают выше и ниже микрозлектродной решетки, если смотреть вдоль направления инструмента 2.

М

Устройство для реализации предлагаемого способа работает следующим образом.

1863

5

2S

Опрос измерительных токов I электродов 7 осуществляется блоком 48 коммутации (фиг. I) . Опрашиваемые измерительные токи I на выходе линии

93 передаются по кабелю 18 к блоку

19, в котором преобразуются для записи на регистраторе 20. Блок 51 обработки сигналов управляет работой датчиков 22 — 24 н последовательности, определяемой гене рато рами 49 импульсов, и обеспечивает определение интервала времени с помощью импульсного усилителя 50, Отраженные сигналы усиливаются с помощью узла 46| уровень срабатывания которого задается с помощью узла 47, управляемого блоком

51 . Воспринимаются и анализируются такие, например, отраженные акустические сигналы, как сигнал 94 (фиг.3) от торцовой поверхности 28 и сигнал

91 от понерхности 30 стенки 32. Эти сигналы содержат временные интервалы йТ на линии 96 для обеспечения про( хождения сигнала 95 с момента начала акустического импульса 97, который обуславливает акустический отраженный сигнал и величину F н линии 98 отраF женного сигнала 95, характеризующую пиковое значение энергии ипи ее количество. Сигнал временного интервала

ЛТ в линии 99 представляет собой время Т, импульса 97, необходимое для его перемещения через линво 27 за-держки. Сигнал Е в линии 100 характеризует собой величину отраженного от поверхности 28 сигнала 94. Сигнал, характеризующий скорость V акустической волны в буровом растворе, передается по линии 101 в виде измеряемого интервала ЙТ „ времени, необходимого для преодоления акустическим яипульсом 97 в буровом растворе расстояния в ниде ширины паза 31

Блок 51 обработки сигналов начинает работу под действием, датчика 23 в момент времени t, при этом поверхностью 29 генерируется существенный отраженный сигнал 94, а в конце интервала, соответствующего времени прохождения через линию 27 задержки, возврат определяется временем С . В следующий момент времени под действием датчика 24 генерируется импульс

97, который проходит через линию 27 задержки. Акустический импеданс материала линии 27 задержки выбирают как можно ближе к акустическому импедансу бурового раствора в скважине

16

1 531863

1, чтобы отражения, возникающие на поверхности 28 раздела, были очень малы. Несмотря на выбор таких материалов импеданс не со гласовыв аетс я точно, что приводит к образованию на торцовой поверхности 28 существенного отраженного сигнала 94. Короткий интервал времени после акустического импульса, передаваемого через пространство S и попадающего на поверх" ность 30, позволяет с уществить определение отраженного сигнала 102 в момент времени tg (фиг. 9) .

Начиная с блока 53 (фиг. 10) срабатывает датчик 23 и время запоминается в блоке 54. В блоке 55 устанавливается величина порога срабатыван ия. Этот уровень с раб а тыв ания в ыбирается достаточно высоким, чтобы исключить реакцию на шумы системы, но не слишком высоким, чтобы можно было различить отражение от поверхности 29 и акустическое отражение от поверхности 30 раздела в пазу 31. Выбор уровня срабатывания можно осуществить, например, изменением коэффициента усиления усилителя, вход которого соединен через мультиплексор с датчиком 22. В этом случае может

/ быть применен компаратор, который сравнивает выходной сигнал усилителя с фиксированным эталонныч значением и определяет акустический отраженный сигнал, когда величина выходного сигнала усилителя превышает это эталонное значение. Затем в блоке 56 последовательно определяется пришел ли отраженный сигнал, а когда его приход подтверждается, то время прихода запоминается в блоке 57. Разница во времени между t „и t определяется в блоке 58 и представляет собой интервал времени ЬТ q, связанный с прохождением акустических импульсов через линии 27 задержки датчиков 22-24.

Срабатывание датчика 24 скорости акустической волны в буровом растворе регистрируется в блоке 59, а время срабатывания запоминается в блоке

60. Затем выбирается временное окно (интервал j в блоке 61, продолжительность времени его сравнима с максимальным интервалом, с которым должно происходить акустическое отражение от поверхности 28 раздела. Затем делается задержка в блоке 62 и производится определение прихода отраженного сигнала, если он не пришел, то делается изме50

45 рение в блоке 63, прошло ли время задан". ного временного окна (интервала) Последнее измерение осуществляется для случая, когда акустические импедансы ли"

/ нии задержки и бурового раствора ( скважины так близко совпадают, что акустический отраженный сигнал очень мал для определения. Поэтому, если временное окно (инте рвал ) прерывае Tся, то в блоке 64 устанавливается более низкий уровень ТН срабатывания и осуществляется возврат к шагу (блоку) 59. Предпочтительно, чтобы снижение уровня срабатывания производилось с малым шагом. Процесс включения датчика 24 и уменьшения порога срабатывания продолжается до тех пор, пока не определится приход отраженного сигнала от поверхности 28 раздела в блоке 62. Время ад, в момент которого определяется это отражение, запоминается в блоке 66 ° Амплитуда А отраженного сигнала на поверхности 28 раздела измеряется в блоке 67. Нет необходимости стремиться к уменьшению порога срабатывания в блоке 64 ниже уровня, при котором вместо отраженного сигнала определяется сигнал шума.

Соответственно в блоке 65 осуществляется измерение, показывающее уменьшился ли порог TH срабатывания до его нижнего приемлемого уровня. Такой уровень представляет функцио шума системы и устанавливается на некотором уровне выше него. Когда измерение показывает наинизший уровень срабатывания, то осуществляется следующий шаг в блоке 68, где устанавливается величина для времени tg равная йТС и амплитуда отраженного сигнала на уровне эталонного значения А .

Затем осуществляется задержка в блоке 69, где определяется отраженный от поверхности 30 сигнал 102, т.е. акустический отраженный сигнал при избыточном значении последнего уменьшающегося уровня ТН срабатывания. Если отраженного сигнала нет, то вступает в действие цикл ожидания, который может исключаться, если в блоке

70 время ожидания превышает максимальное значение Т „„,. Время t g приема отраженного сигнала 102 запо-, минается в блоке 71. Затем в блоке 72 может быть определен калибровочный интервал йТ ц4 в виде разницы между временем t и to и вычитания иэ этой разницы времени 4Т„ прохождения, 17

1531863

18 представляющего время прохождения акустического импульса через линию 27 задержки. Скорость акустической волны в буровом растворе скважины может быть затем вычислена в блоке 73 в соответствии с формулой

2S

ы дт „,„

Два датчика 23 и 24 используются для генерации сигналов, представляющих калибровку ЬТ линии 27 задержки и скорости Ч акустической волны в буровом растворе скважины. Акустические датчики 22 для обследования зазора срабатывают, начиная с первого датчика Т в блоке 74, а время этого

Ц1 срабатывания запоминается в блоке 76.

В блоке 75 устанавливается уровень срабатывания с величиной А +4 которая немного больше, чем измеряемая амплитуда А для отраженного сигнала

94 (фиг. 9) на поверхности раздела 28 (фиг. 8), которая измеряется н блоке

67 ° При помощи такой величины уровня срабатывания определение отражения от стенки 4 буровой скважины 1 может быть осуществлено при малой величине зазора. Определение возвращенных сигналов от запуска первого датчика Т„„ анализируется н блоке -77 для определения прихода отраженного сигнала 95 (фиг. 3) при помощи операции, превышает ли отраженный сигнал 95 величину уровня ТН срабатывания, которая устанавливается н блоке 75. Если приходит отражение от поверхности 30, то время t у его прихода запоминается в блоке 78 и измеряется содержание его энергии Е .

В случае, когда нет определения отраженного сигнала от поверхности 30 в блоке 77 от запуска датчика Т „,, то вводится цикл ожидания. Если время отклоняется от эаданногО, так как срабатывание датчика T„, н блоке 74 превышает интервал дТ задержки, которая производится в блоке 79, то ионый менее низкий уровень ТН срабатывания, меньший, чем А + h, генерируемый в блоке 75, устананлинается для большей эффективности после этого в блоке 85. Более низкий уровень срабатывания обеспечивает последовательное определение малого отражения от стенки 4 буровой скважины, максимальная амплитуда которого меньше, чем отражение, получаемое на поверхности

28 раздела. Изменение до менее низко5

ro уровня ТН срабатывания увеличивает чувствительность в определении малых отражений от более удаленной поверхности, раздела глинис той ко рки. Более низкий уровень срабатывания не устанавливается настолько низко, чтобы он определял пики шума. Затеи осуществляется задержка в блоке 86, во время которой может определяться акустическое отражение, которое превышает нижний уровень срабатывания и устанавливается н блоке 85. Если акустическое отражение есть, то делается возврат к блоку 78, чтобы запомнить момент времени t, прихода отражения и измерить величину энергии Е отражения от стенки 4 скважины.

Когда нет определения акустического отражения н блоке 86, то в блоке

87 осуществляется измерение, превышает ли прошедшее время максимальное значение Т . Если не пренышаетт, то макс осуществляется возврат к шагу 86, чтобы снова определять момент прихода отражения от стенки 4. В случае, когда не определяется отражение от стенки 4 и проходит максимальное время, максимальная величина для времени прихода устанавливается в блоке 88 и осуществляется возврат к шагу 81, В шаге (блоке) 81 осуществляется задержка для определения того, может ли рассмотренный процесс выполняться для другого датчика Tð,. Если может. то счетчик соответствующего числа датчиков 22 производит увеличение числа в блоке 80 и затем включается следующий датчик Т ц в блоке 74.

После того, как все датчики 22 срабатывают и определяются сигналы

102 отражения от поверхности 30, в блоке 82 определяется интервал, определяющий зазор, если он клеется, для каждого датчика при помощи определения интервала 5 Т < для сигнала 102 отражения от поверхности 30 и вычитания из него интервала 4Т для линии 27 задержки, Это осуществляется для каждого зазора обследуемого датчиками 22 последовательно, если требуется, интервал, измеряемый при помощи датчиков 22, может регистрироваться в блоке 89 в виде параметра, определяющего величину зазора.

Однако более точное определение зазора SÎ, регистрируемое н блоке 90, получается при помощи умножения измеряемого интервала, соответствующего

l9 153 зазору, па измеряемую з блоке 83 скорость Ч акустической волны.

Изме рите льные токи I щ элек тродов 7 опрашиваются в блоке 84 или одновременно с работой акустических датчиков, или последовательно. Опрошенные значения токов I регистрируются в (Т) блоке 91 и осуществляется возврат к блоку 92 для начала работы программы с операции 53.

Алгоритм работы блок-схемы осуществляется циклически с высокой скоростью. При этом может производиться вертикальное перемещение бурового инструмента а 2 и ок а зыв ае тс я малое вл ияние на разрешающую способность по вертикали акустических датчиков 22 для обследования зазора. Скорость цикла алгоритма работы может изме— няться в зависимости от скорости перемещения бурового инструмента 2, но мэжет быть порядка и нескольких килогерц.

При помощи измерения зазора может быть обеспечено улучшение разрешающей способности, получаемой при помощи ряда 6 электродов 7, путем испольэования соответствующей технологии. Эта выполняется при помощи использования величин зазора, глубины и тока электрода, подаваемых,к узлу 52 автоматической коррекции зазора (Лиг. 4). Последний представляет программу для блока 51 обработки сигналов, при помощи которой может проводиться деконволюция данных тока электрода. Такая деконволюция может применяться для токов электродов, для которых зазор приблизительно постоянен. Схема такого преобраэования может содержать хорошо известные шаги, а сам процесс деконволюции разрешающей способности узла 52 автоматической коррекции зазора осуществляется при помощи блоксхемы алгоритма работы этого узла (фиг. 11) . С блока 93 начинается измерение зазора для каждого кнопочного электрода 7 в ряду 6, используя устройство и шаги, как описано в отношении обследования зазора при помощи акустических датчиков 22 и при помощи информации калибровочного датчика

23 и датчика 24 скорости акустической волны.

В блоке 94 получается функция системы Н (х, z), связанная с измерением з а эо ра . Это может осуществляться при помощи запоминания ряда цифровых

1863

20 значений соответствующих характеристик для различных величин зазора, таких, например, как от нулевого зазора до !5 мм зазора на интервалах, например в 5 мм, при этом различные величины интервалов могут использоваться.

В блоке 95 двеп пространственные области (х, z) стенки буровой скважины выделяются в районах с приблизи" тельно постоянным зазором. В блоке 96 эти выбранные районы с практически постоянным зазором подвергаются процессу деконволюции, чтобы устранить или по меньшей мере смягчить потери разрешающей способности из-эа зазора и выдать скорректированные в соответствии с зазором значения электрического сопротивления породы для регист20 рации в блоке 97.

Предлагаемое техническое решение позволяет повысить точность обследования зазора в буровой скважине, что обуславливает повышение точности оп25 ределения удельного электрического сопротивления породы при исследовании формаций Земли и обеспечивает воэможность проведения высокоразрешающего картографирования поверхнос30 ти стенки скважины.

Формула изобретения

1. Способ для обследования зазора, в буровой скважине при исследовании

35 формаций Земли, предусматривающий йэ мерение удельного сопротивления породы инструментом, на сегменте которого имеется микроэлектродная решетка для

40 измерения удельного сопротивления породы в дискретных точках множества близких перекрывающихся рядов, обеспечивающая измерение удельного сопротивления породы в сплошной кольцевой1

45 зоне стенки скважины с разрешающей способнос тью, соответствующей поперечным размерам электродов в решетке, направление к стенкам скважины основных узконаправленных импульсов акустичес кой эне ргни, де тек тиров ание отраженных от стенки скважины акусти ческих сигналов, огределение из отраженных акустических сигналов величины зазора между электродами и стенкой

55 скважины и корректирование значений измеренных величин удельного сопротивления с учетом величины зазора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности обследова2? .21

1531863

55 ния, направление основных узконаправ— ленных импульсов акустической энергии осуществляют к отдельным сегментам стенки скважины от части инструмента, находящейся по его длине вблизи микроэлектродной решетки, от акустических преобразователей из множества точек, положение которых относительно каждого электрода решетки задано и которые распределены относительно микроэлектродной решетки с возможностью определения расстояния между стенкой скважины и каждым отдельным электродом решетки, а импульсы акустической энергии образуют лучи, размеры поперечного сечения которых соизмеримы с пространственной разрешающей способностью, обеспечиваемой электродами, при этом дополнительно направляют первые испытательные акустические импульсы от первого калибровочного преобразователя на первую мишень на инструменте, которую располагают от первого калибровочного преобразователя на расстоянии, исключающем наложение возбужденных укаэанным преобразователем импульсов и импульсов, отраженных от первой мишени, детектируют отраженные от первой мишени первые испытательные импульсы, из кото— рых получают калибровочные сигналы, иэменяюшиеся в функции глубины, направляют вторые испытательные акустические импульсы от второго измерительного преобразователя через буровой раствор на вторую мишень на инструменте, которую располагают от второго измерительного преобразователя на расстоянии, исключающем наложвние возбужденных указанным преобразователем импульсов и импульсов, отраженных от второй мишени, детектируют отраженные второй мишенью вторые испытательные импульсы, из которых получают сигналы, определяющие скорость акустической волны в буровом растворе в функции глубины, а величину зазора между электродами и стенкой скважины корректируют с учетом калибровочных сигналов и сигналов, определяющих скорость акустической волны в буровом растворе.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что направляют дополнительные узконаправленные импульсы акустической энергии из точек инструмента, которые располагают выше и ниже микроэлектродной решетки, если смотреть вдоль направления инструмента .

3. Устройство для обследования зазора в буровой скважине при исследовании формаций Земли, проходимой при помощи бурового инструмента, содержашее узел определения измеряемого парамет ра, узел on ределения велич ины зазора между инструментом и стенкой скважины и узел автоматической коррекции величины измеряемого параметра с учетом величины зазора, о т л и ч а ющ е е с я тем, что узел определения измеряемого параметра выполнен в виде установленной на сегменте бурового инструмента микрорешетки из множества близких перекрыванмцихся рядов электродов для измерения удельного сопротивления породы в сплошной кольцевой зоне стенки скважины с разрешающей способностью, соответствующей поперечным размерам электродов, а узел определения величины зазора выполнен в виде средств для направЛения импульсов акустической энергии в направлении стенки буровой скважины, расположенных на буровом инструменте с возможностью обеспечения определения зазора между соответствующим рядом электродов микрорешетки и стенкой скважины, из места расположения на инструменте, которое имеет известное положение по отношению к положению микрорешетки, и генерации сигналов отражения, соответствуюших определяемым акустическим отражениям, возникающим под действием импульсов, и средств для генерации иэ сигналов отражения сигналов зазора, показывающих величину зазора микрорешетки от стенки скважины, при этом средства для направления импульсов акустической энергии в направлении стенки буровой скважины имеют множество акустических датчиков для определения зазора, которые расположены относительно микрорешетки на буровом инструменте с возможностью определения расстояния между стенкой скважины и каждым отдельным электродом микрорешетки, калибровочный акустический датчик и измерительный акустический датчик скорости акустической волны в буровом растворе, а средства для ге— нерации из сигналов отражения сигна— лов зазора имеют узлы, реагирующие на определяемые акустические отражения, возникающие под действием акус23 153 тических импульсов от калибровочного акустического датчика для генерации акустических калибровочных сигналов, соответствующих калибровке датчика для обследования зазора, как функции глубины, узлы, реагирующие на определяемые акустические отражения, возникающие под действием акустических импульсов от измерительного акустического датчика скорости акустической волны в буровом растворе для генерации калибровочных сигналов, соответствующих скорости акустической волны в буровом растворе, как функции глубины, и узлы для коррекции величины сигнала зазора в соответствии с акустическими калибровочными сигналами и калибровочными сигналами скорости акустической волны в буровом растворе .

4. Устройство по и, 3, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что средства для направления импульсов акустической энергии в направлении стенки буровой скважины содержат узлы для определения момента превьппения сигналами отражения порогового уровня, определяемого шумовыми импульсами, и узлы, реагирующие на калибровочные сигналы, для уменьшения порогового ,уровня, когда акустическое отражение не определяют внутри периода времени, определяемого калибровочными сигналами °

5. Устройство по пп. 3 или 4, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что калибровочный акустический датчик имеет конструкцию, подобную конструкции акустического датчика для определения зазора, и снабжен мишенью в виде отражающей поверхности, обеспечивающей получение акустических отражений, возникающих под действием акустических импульсов от калибровочного акустического датчика и детектируемьм им.

6 . Устройство по пп. 3, 4 или 5, отличающееся тем,что иэв мерительный акустический датчик скорости акустической волны в буровом растворе снабжен мишенью в виде отражающей поверхности и пазом заданной

1863 ширины, который выполнен на буровом инструменте, заполнен буровым раство. ром и расположен между акустическим датчиком скорости акустической волны

5 в буровом растворе и отражающей поверхностью, обеспечивающей получение акус тических отражений, регис трируемых упомянутым датчиком, 7. Устройство по пп. 3-6, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что каждый иэ множества акустических датчиков для определения зазора расположен в попе речно о риен тиров анной о тиос ительно продольной оси бурового инструмента решетке, размещенной со смещением по вертикали от микроэлектродной решетки с воэможностью обеспечения оп20

ЗО

50 ределения зазора против каждого электрода.

8. Устройство по и. 7, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что акустические датчики для определения зазора расположены выше и ниже микроэлектродной решетки.

9. Устройство по пп. 3 6, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что акустические датчики для определения зазора расположены в поперечном относительно продольной оси бурового инструмента ряду, имеют общую отражающую поверхность, которая установлена в углублении сегмента бурового инструо мента под углом 45 к его боковой поверхности и к направлению акустичес- . ких пучков датчиков, а ряд акустических датчиков для определения зазора расположен на расстоянии от отражающей поверхности и от боковой поверхности бурового инструмента, исключающем наложение возбужденных акустическими датчиками импульсов и импульсов, отраженных от стенки буровой скважины.

10. Устройство по пп. 7-9, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что каждый датчик снабжен линией задержки акустических импульсов, время задержки которой выбрано из условия исключения наложения возбужденных датчиком акустических импульсов и отраженных акустических импульсов.

67

tu

Фиг. 3

Ф г. 2

153I863

153!863

l53l863

22

7

Е

27

22 1531863

39

И

Ж и фиг 17

Составитель A.1jâåòêîâ

Редактор H ..Бобкова Тех ред П.Олийнык Ко ррек тор А. Обручар

Закаэ 7971/59 Тираж 514 Подл ис но е

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101