Система для определения поглощения упругих волн

 

Изобретение относится к сейсморазведке и сейсмологии и может быть использовано при изучении строения геологической среды, физико-механических свойств горных пород, при оконтуривании залежей углеводородов, а также при прямых поисках месторождений нефти и газа. Целью изобретения является повышение достоверности определения поглощения упругих волн. Цель изобретения достигается за счет введения блока определения дисперсии , блока управления, запоминающего устройства, а также блока определения коэффициента поглощения, реализующего следующий алгоритм: an 1/2rlnEk/En + H/r.1/2AHInEki/Ek2- , где ,ап - коэффициент поглощения; г - расстояние от наземного здатчика до забоя скважины; Ek, En - параметры волновых процессов; Н - глубина забоя; Ek, EH, Ek2 - текущие значения параметров для различных глубин бурения. 2 ил. СО с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sl)s G 01 V 1/40

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4605961/25 (22) 15.11.88 (46) 30.03,92. Бюл. N 12 (71) Центральная научно-исследовательская лаборатория Производственного объединения "Оренбургнефть" (72) Г.В.Рогоцкий и 3.В.Кузнецова (53) 550.83(088.8) (56) Ивакин Б.Н., Карус Е.В., Кузнецов О.Л.

Акустический метод исследования скважины. Недра, М. 1978, 319 с, Авторское свидетельство СССР

N - 355588, кл. G 01 Ч 1/28, 1972, В.Н,Рукавицин, О.Л.Кузнецов, Ю.С.Васильев, Геоакустический метод исследования скважин в процессе бурения

"Ядерно-геофизические и геоакустические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых.. Труды ВНИИЯТТ, выпуск 21.М. 1975, с.95. (54) СИСТЕМА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОГЛОЩЕНИЯ УПРУГИХ ВОЛН

Изобретение относится к области сейсморазведки и сейсмологии и может быть использовано при изучении строения геологической среды, физико-механических свойств горных пород, при оконтуривании залежей углеводородов, а также при прямых поисках месторождений нефти и газа.

Известен способ определения поглощения продольных и поперечных волн на основе скважинных акустических измерений (11, Коэффициенты поглощения упругих волн по известному способу определяют по изменению амплитуд на базе измерений, равной расстоянию между источником и приемни5U«, 1723546 А1 (57) Изобретение относится к сейсморазведке и сейсмологии и может быть использовано при изучении строения геологической среды, физико-механических свойств горных пород, при оконтуривании залежей углеводородов, а также при прямых поисках месторождений нефти и газа.

Целью изобретения является повышение достоверности определения поглощения упругих волн. Цель изобретения достигается за счет введения блока определения дисперсии, блока управления, запоминающего устройства, а также блока определения коэффициента поглощения, реализующего следующий алгоритм. а =1/2 r in Е /En+ Н/г1/2 ЛН in Е 1/Ekz-1/г ln r, где,a> — коэффициент поглощения; r — расстояние от наземного здатчика до забоя скважины; Ек, Еп — параметры волновых процессов; Н вЂ” глубина забоя; Ek, Ek1, Ek2— текущие значения параметров для различных глубин бурения. 2 ил. ком ультразвуковых колебаний, помещенных в специальном зонде, спускаемом в скважину на кабеле.

Недостатком известного способа является сложность и высокая стоимость его технической реализации, требующая применения дорогостоящего глубинного оборудования, а также невысокая надежность данных, поскольку измерения осуществляются на малых базах, что вызывает малую глубину проникновения волн в горную породу, вследствие чего полученные данные характеризуют горные породы лишь в измененной заглинизированной при1723546

40

55 ствольной зоне. Кроме того, измерения производят на ультразвуковых частотах, не соответствующих частотам массовой сейсморазведки, и полученные данные могутбыть использованы при наземных работах лишь очень приближенно в силу частотнозависимого характера поглощения, Известен также способ определения поглощения сейсмических волн, основанный на наземных измерениях энергетических характеристик (дисперсии) протяженных участков сейсмограмм, полученных при взрывном или ударном возбуждении упругого поля (2), Коэффициент поглощения определяют при этом по отношению дисперсии двух участков сейсмической записи.

Недостатком способа является невысокая надежность из-за отсутствия точной привязки к глубинным залеганиям тех или иных горных пород и низкая детальность исследований, связанная с усреднением характеристик на протяженной записи, охватывающих большие интервалы глубин с включением горизонтов с разными физикомеханическими свойствами.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ определения коэффициента .затухания, основанный на совместной обработке волнового поля, зарегистрированного датчиком упругих колебаний на забое скважины и волнового поля, зарегистрированного на поверхности возле устья скважины (3). При этом коэффициент затухания вычисляется на ЗЦВМ делением спектров сигналов на забое и на поверхности, Недостатком способа является невысокая достоверность определения коэффициента затухания, т.к. в способе не учитывается и не исключается влияние забойных факторов. Коэффициент затухания зависит не только от расстояния забой— наземный датчик и свойств горных пород, через которые распространяется сигнал от забоя и поверхности, но также и от характеристики спектра сигнала на забое.

Спектр сигнала на забое определяется динамическими особенностями работы долота, зависящими, в свою очередь, от режима бурения (частота вращения долота, осевая нагрузка), компоновки бурильной колонны, и физико-механических свойств горных пород на забое. В целом эти свойства забойного источника могут быть определены в обобщенной форме как функция источника возбуждения (или в более узком смысле, как передаточная характеристика системы забой — долото).

В процессе бурения эта функция изменяется из-за смены горных пород, варьирования режимов, изменения гидравлической программы и т.п. Поэтому спектр сигнала на поверхности будет характеризовать не только изменение свойств горных пород на пути упругих волн между забоем и поверхностью, но изменение горно-технологических условий бурения.

Вследствие этого, коэффициент затухания, определяемый в известном способе как результат деления спектров "забойного" и

"наземного" сигналов имеет несистематические искажения из-за различия функций источника на различных глубинах (непостоянства условий возбуждения). Кроме того, в известном способе не сформулированы требования к режимам бурения, при которых производятся измерения.

Недостатком известного способа является также сложность его технической реализации, Регистрация волнового поля в забойной зоне скважин требует применения специальных датчиков и организации линии связи с забоем, Измерения, проводимые при помощи телеметрических систем в условиях больших глубин, интенсивных вибраций, высоких давлений и температур является ненадежной, сложной и дорогостоящей операцией, Кроме того, применение датчиков с различными характеристиками для измерений на забое и на поверхности вносит дополнительные искажения и снижаетдостоверность результатов, Целью изобретения является повышение достоверности и определения коэффициента поглощения и упрощение технической реализации.

Положительный эффект, создаваемый данным техническим решением, состоит в обеспечении существенного повышения информативности сейсморазведки, в повышении надежности прогнозирования геологического разреза, детализации и оконтуривания месторождений и залежей полезных ископаемых, Обеспечивается также увеличение детальности изучения физикомеханических свойств разреза, что определяет его место в комплексе методов прямых поисков месторождений нефти и газа.

Поставленная цель достигается тем, что в систему для определения поглощения упругих волн дополнительно введен датчик проходки, а также последовательно соединенные между собой и с блоком усилителей, блок вычисления дисперсии процессов, блок вычисления коэффициента поглощения, графопостроитель, а также блок управления и запоминающее устройство.

Предложенная система позволяет при определении коэффициента поглощения отка1723546

10

55 заться от использования дорогостоящих и сложных измерительных устройств, а также исключается необходимость использования специальных линий связи с забоем для передачи сигнала с забоя, т,к. измерения осуществляются на поверхности земли.

На фиг,1 приведена функциональная блок-схема реализации предлагаемой системы.

На фиг,2 дана детализация блока 11 вычисления коэффициента поглощения (дается детализация схемы определения поглощения продольных волн, т.е. первого субблока. Схема определения поглощения поперечных волн во втором субблоке аналогична и на фиг. не представлена).

На фиг,1 изображена функциональная блок-схема предлагаемой системы,.включающая датчик 1 продольных колебаний бурильной колонны, датчик 2 поперечных колебаний бурильной колонны, датчик 3 проходки, датчик 4 продольных и датчик 5 поперечных колебаний, распространяющихся в горных породах, блок 6 фильтров, блок 7 усилителей, блок 8 вычисления дисперсии процессов, блок управления 9, запоминающее устройство 10, блок 11 вычисления коэффициента поглощения, графопостроител ь 12.

На фиг.2 дана детализация блока 11 вычисления коэффициента поглощения продольных волн т.е. первого субблока, включающая первый делитель 13, первый блок логарифмирования 14, разностную схему 15, второй делитель 16, умножитель

17, третий делитель 18, второй блок логарифмирования 19, первый сумматор 20, квадратор 21, второй сумматор 22, степенной блок 23, четвертый делитель 24, третий блок логарифмирования 25.

Система реализуется следующим образом.

Упругие волны, возбуждаемые работающим по забою долотом, воспринимаются датчиками 1,2 продольных и поперечных волн, соответственно установленными в верхней части бурильной колонны и датчиками 4,5 такого же типа, установленными на поверхности земли. Глубина забоя фиксируется датчиком проходки 3, выдающим со своего счетчика значения глубины (проходки)(например, черездвоичный подер) в блок

9 (выполненного на двух компараторах и двух электронных ключах, например, на триггерах) и на сельсин блока 12.

Перед началом работы в первом компараторе блока управления 9 набирают код начальной глубины Н (например 1000 м), а во втором ком параторе код другой фиксированной глубины Hz (например 1100 м), которые необходимы для вычисления функции а, поглощения в бурильной колонне. При достижении другой фиксированной глубины

Hz код текущей глубины от датчика 3, поступающий на первый вход компаратора, совпадает с кодом глубины Н, на втором входе первого компаратора. При этом на выходе компаратора вырабатывается управляющий сигнал, от которого срабатывает электронный ключ (триггер) и дается разрешение (замыкается цепь) на прохождение сигнала от датчиков 1,2 на бурильной колонне (вертлюге) через блоки 6,7 и блок 8 вычисления дисперсии и далее в запоминающее устройство (ЗУ) 10, т.к. входы блока 11 предварительно заблокированы при одном из состояний входного триггера этого блока.

Одновременно на третий вход ЗУ 10 через первый выход БУ 9 подается значение глубины Hl. Первый компаратор отключается и сигнал с датчика 3 начинает поступать на второй компаратор. Таким образом, в ЗУ 10 поступает значение дисперсии бурильной колонны о р, и значения глубины Н . При достижении другой фиксированной глубины

Нг код текущей глубины с датчика 3 совпадает с кодом глубины Н> во втором компараторе БУ 9, вследствие чего второй электронный ключ БУ 9 открывает третий и четвертый (входы) триггеры блока 8 вычисления дисперсии, ЗУ 10 отключается от блока 8 через первый выход БУ 9 (триггером, срабатывающим по сигналу глубины Нр).

Этот же сигнал открывает по линии сброса входа 1,2 блока 8(входные триггеры), а также выходы 1,2,3 блока 10, вследствие чего сигналы из ЗУ 10 вызываются в блок 11 вычисления коэффициента поглощения.

После выполнения этих процедур сигнал от датчиков 1,2,4,5 начинают непрерывно поступать в блоки 6,7,8,11 с выходом на блок 12. Сигнал от датчика проходки 3 поступает на графопостроитель 12 и через БУ

9 в блок 11, Электрические сигналы от датчиков

1,2,4,5 фильтруются в блоке 6 фильтров и усиливаются в блоке 7 усилителей. Далее сигналы поступают в блок 8 определения дисперсии волновых процессов.

Из блока 8 (выходы 1,2,3,4) текущие значения дисперсии поступают в блок 11 (на входы 1,2,3,4) определения коэффициента поглощения, куда синхронно на восьмой вход с третьего выхода БУ 9 вводятся от датчика 3 также значения текущей глубины бурения Н, необходимые для вычисления коэффициентов поглощения. На пятый вход блока 11 с первого выхода ЗУ 10 вызываются также значения дисперсии при бурении

1723546

20 на фиксированной глубине Н1, и значения глубины Н, которые поступают с выхода 2 блока 10 на шестой вход блока 11.

Значения глубины Н2 проходят на седьмой вход блока 11 через второй выход БУ 9 в момент срабатывания второго компаратора, С третьего выхода блока 10 на вход ндевять" блока 11 подается дисперсия поперечных волн ог,б. С третьего выхода блока 9 на восьмой вход блока 11 подаются текущие значения глубины Н, Блок 11 вычисления коэффициента поглощения функционирует следующим образом (на примере прохождения сигнала связанного с продольными волнами, для поперечных волн осуществляются аналогичные операции).

Значение дисперсии волновых процессов в бурильной колонне оги1 = Ек, для фиксированной глубины Н1, поступает из запоминающего устройства 10 на первый вход делителя 13. Одновременно из блока

10 в разностный блок 15 поступает начальное значение глубины Н1. На второй вход делителя 13 из блока 8 поступает значение дисперсии огюг = Ek2. С выхода блока 13

Ек1 величина, пропорциональная, посту"2 пает на вход схемы логарифмирования 14, с

Ek1 выхода которого сигнал 1и поступает

Е г на первый вход умножителя 17.

Со второго выхода БУ 9 отметка глубины

Н2 подается на второй вход разностной схемы 15, с выхода которой значение Н2-Н1 поступает на первый вход второго делителя 16. На второй вход делителя 16 и на вход квадратора 21 с третьего выхода БУ 9 подается значение текущей глубины Н. С выхода делителя 16 величина

1 Н подается на второй вход умно2 Нг — H1 жителя 17, с выхода которого величина

1 ° Н Ek1 I 1n поступает на пер2 (H2 Н1! Екг вый вход сумматора 20. С первого и третьего выходов блока 8 определения дисперсии текущие величины дисперсии волновых процессов на поверхности земли ог> = EI,, и диопЕрСии в бурильнай кОлсннЕ O k = Ek поступает на первый и второй входы третьего делителя 18, с выхода которого величина

Е поступает на вход второго блока логаЕп рифмирования 19. С выхода блока 19 значеЕ ния величины In уменьшенное вдвое, Еп поступает на второй вход сумматора 20.

В квадраторе 21 осуществляется квадрирование значений текущей глубины Н, поступающих на вход квадратора с третьего выхода БУ 9.

С выхода квадратора 21 сигнал пропорциональный Н, поступает на вход втооого г сумматора 22, куда введена константа I >. С выхода сумматора 22 значение U + I посту2 2 пает в степенной блок 2Д в котором образуется величина .у Н + I, поступающая с выхода блока 23 на второй вход делителя

24, и параллельно на вход блока 25. С выхода блока 25 логарифмирования, величина

In i Н +! с обратным знаком поступает на третий вход сумматора-20, С выхода сумматора 20 величина алгебраического суммиро1 Ek 1 Н 1 Ek1

2 Е 2 Нг — Н1 Š— IA у Н .. поступает ° а нервна вход четвертого делителя 24, С выхода делителя 24 конечный результат обработки значения коэффициента

1 у1 Е поглощения а— — In — +

Н +! кк2 Еп

Ek

+ Н In 1 In Нг+12 )

1 Ь Н 1 Ek1

1и + — (п ьy выдается на графостроитель 12.

Аналогичные процедуры с использованием таких же функциональных блоков осуществляются во втором субблоке при определении коэффициента поглощения поперечных волн, Работы схемы синхронизируется компаратором в сумматоре 20, открывающим выход блока 20 после поступления на входы компаратора всех трех сигналов; из блоков

17, 19 и 25.

Сигнал из блока 17 (коэффициент поглощения в колонее а ) хранится в регистре блока 20 постоянно в качестве постоянного слагаемого, до смены компоновки.

Текущие сигналы из блоков 19 и 25 заменяют ранее поступившую информацию.

Работа всего устройства синхронизируется следующим образом. По сигналу, соответствующему ситуации "глубина Нг," первым электронным ключом, срабатывающим от первого компаратора БУ 9, замыкаются цепи для прохождения сигналов с бурильной колонны (линии 1,2) через блоки

6,7,8 и далее в ЗУ 10. Одновременно в ЗУ 10 через выход 1 БУ 9 поступает сигнал Н1.

Таким образом, в ЗУ 10 находятся значения дисперсии процольных и поперечных волн в бурильной колонне для глубины Н1 и знаt723546

10 чения глубины Н>. Первый компаратор БУ 9 блокируется. По сигналу соответствующему ситуации "глубина Hz" вторым электронным ключом второго компаратора БУ деблокируются предварительно запертые входы 1,2 блока 11, замыкаются цепи между блоками

7 и 8 для прохождения сигналов с наземных датчиков 4,5 (линии 3,4) и открывается выход 3 БУ 9 для прохождения сигнала "текущая гЛубина Н" в блок 11, открываются выходы 1,2,3 ЗУ 10 для передачи из ЗУ 10 в блок 11 сигналов о k,ð, о k,s и Н> и запиРаются входы 1,2 в ЗУ 10. Сигнал Несо второго выхода БУ 9 поступает на вход 7 блока 11.

Таким образом, по сигналу "глубина Н " в блок 11 из блока 8 поступают: значение дисперсии ею для глубины Н текущие

ЗкаЧЕНИЯ ДИСПЕРСИИ СРkp, (Рks, О пр, 0 ns, В блок 11 вызываются также из ЗУ 10 значения дисперсии в колонне для глубины H>: сРkp, о ks, и значение Н1, а из БУ 9 в блок 11 поступают сигналы Hz и Н. Эти значения обеспечивают получение поглощения в колонне Q<. В совокупности со значениями дисперсии в горных породах о прд и в колонНЕ O k s, ЭтИ ИНфОРМаЦИОННЫЕ СИГНаЛЫ ВВОдимые в соответствующие функциональные элементы блока 11, вместе с константой I, предварительно введенной в блок 11, обеспечивают получение коэффициентов поглощения продольных и поперечных волн l2p и а>. После прохождения сигнала "глубина

Н2 второй компаратор БУ 9 блокируется, и из БУ 9 в блок 11 поступают. только текущие значения глубины Н.

Формула изобретения:

Система для определения поглощения упругих волн, содержащая датчики продольных и поперечных колебаний бурильной колонны, датчики продольных и поперечных колебаний породы и последовательно соединенные между собой и с датчиками блок фильтров и блок усилителей, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения достоверности определения поглощения, в нее дополнительно введены датчик проходки, а также последовательно соединенные между собой и с блоком усилителей блок вычисления дисперсии процессов, блок вычисления коэффициента поглощения, графопостроитель, а также блок управления и запоминающее устройство, при этом датчик проходки соединен с входом блока управления и первым входом графопостроителя, в линию связи между блоком усилителей и блоком вычисления диспер5

55 сии процессов включен блок управления, блок определения дисперсии первым и вторым выходами соединен соответственно с первыи и вторым входами запоминающего устройства, первый и второй выходы запоминающего устройства соединены соответственно с пятым и шестым входами, блока определения коэффициента поглощения, а третий выход запоминающего устройства соединен с девятым входом блока определения коэффициента поглощения, первый выход блока управления соединен с третьим входом запоминающего устройства, второй и третий выходы блока управления соединены соответственно с седьмым и восьмым входами блока определения коэффициента поглощения, блок управления и блок определения коэффициента поглощения также связаны между собой линией сброса, при этом блок определения коэффициента поглощения включает четыре делителя, три блока логарифмирования, разностный блок, умножитель, два сумматора, квадратор, степенной блок, при этом первый выход блока определения дисперсии соединен с вторым входом первого делителя и параллельно с первым входом третьего делителя, третий выход блока определения дисперсии соединен с вторым входом третьего делителя, выход которого последовательно соединен с входом второго блока логарифмирования и вторым входом первого сумматора, первый выход запоминающегО устройства соедиН8Н с первым входом первого делителя., выход которого последовательно соединен с входом первого блока логарифмирования, и умно>кителем, второй выход запоминающего устройства соединен с первым входом разностного блока, второй выход блока управления соединен с вторым входом разностного блока, выход которого соединен с первым входом второго делителя, третий выход блока управления соединен с вторым входом второго делителя, а также последовательно соединен с квадратором, вторым сумматором и степенным блоком, выход второго делителя соединен с вторым входом умножителя, выход которого соединен с первым входом первого сумматора, выход степенного блока соединен с вторым входом четвертого делителя и с входом третьего блока логарифмирования, выход которого соединен с третьим входом первого сумматора, выход которого последовательно соединен с первым входом четвертого делителя и графопостроителем.

1723546 ки бие.2

Составитель Г. Рогоцкий

Редактор Т. Орловская Техред М.Моргентал Корректор О. Кррвцова

Заказ 1063 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

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