Способ нелинейного акустического каротажа

 

Использование: в скважинных геофизических исследованиях. Сущность изобретения: способ позволяет измерять скорость объемных звуковых волн в среде. Это достигается синтезированием в среде объемной нелинейной антенны, представляющей собой область взаимодействия амплитудномодулированной волны накачки (расходящейся цилиндрической волны со сходящимся волновым фронтом) с исследуемой средой, При этом формирование начальной апертуры акустической волны в виде зон Френеля обеспечивает однозначную связь между параметрами F, hn и А c/f, где F - фокусное расстояние волнового фронта; hn - координаты границ зон Френеля; А- длина волны в среде, При заданных частоте f высокочастотного заполнения и размерах зон Френеля фокусное расстояние F целиком определяется значением скорости с объемных звуковых волн. Это позволяет измерением времени задержки между передним фронтом излучаемого импульса и первым вступлением низкочастотной волны, являющейся результатом нелинейного преобразования волны накачки в фокальной области сходящегося фронта, определить скорость с объемных звуковых волн по формуле с hi 2f/Ta -где 2ni -.размер первой зоны Френеля; акоэффициент геометрической расходимости. 1 ил. ел С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 V 1/40

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР 4ВФг р (ГОСПАТЕНТ СССР) iX

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ .:-:

К ПАТЕНТУ (21) 4925436/25 (22) 04,04.91 (46) 23.03.93. Бюл, N 11 (71) Нижегородский научно-исследовательский радиофизический институт (72) Д.А.Касьянов и Г,М.Шалашов (73) Нижегородский научно-исследовательский радиофизический институт (56) Авторское свидетельство СССР

М 1520461, кл. G 01 Ч 1/40, 1989, Авторское свидетельство СССР

N 1608608, кл, G 01 V 1/40, 1989. (54) СПОСОБ НЕЛИНЕЙНОГО АКУСТИЧЕСКОГО КАРОТАЖА (57) Использование; в скважинных геофизических исследованиях. Сущность изобретения; способ позволяет измерять скорость объемных звуковых волн в среде, Это достигается синтезированием в среде объемной нелинейной антенны, представляющей собой область взаимодействия амплитудномодулированной волны накачки (расходящейся цилиндрической волны со

Изобретение относится к скважинным геофизическим исследованиям и может быть использовано для определения свойств пород в околоскважинном пространстве.

Цель изобретения — расширение области применения способа, В предлагаемом способе за счет воздействия на нелинейную среду расходящейся цилиндрической волной со сходящимся волновым фронтом синтезирована обьемная нелинейная антенна, представляющая собой область взаимодействия волны накачки с исследуемой средой. Эффективность излучения реализованной антенны нерав„„5UÄÄ 1804634 АЗ сходящимся волновым фронтом) с исследуемой средой, При этом формирование начальной апертуры акустической волны в виде зон Френеля обеспечивает однозначную связь между параметрами F, hn и Л= с/, где F — фокусное расстояние волнового фронта; hn — координаты границ зон Френеля; Л вЂ” длина волны в среде, При заданных частоте f высокочастотного заполнения и размерах зон Френеля фокусное расстояние F целиком определяется значением скорости с объемных звуковых волн. Это позволяет измерением времени задержки

T=2F/ñ между передним фронтом излучаемого импульса и первым вступлением низкочастотной волны, являющейся результатом нелинейного преобразования волны накачки в фокальйой области сходящегося фронта, определить скорость с объемных зв ковых волн по формуле c=

2 „2, Тд,где 2h1-размер первой зоны Френеля; a — коэффициент геометрической расходимости. 1 ил. номерна и максимальна в фокальной области сходящегося волнового фронта, Сходимость волнового фронта обеспечивается формированием начальной апертуры акустической волны в виде зон

Френеля, при этом задается связь между параметрами F, h, Л, где F — фокусное расстояние волнового фронта; ht — координаты границ зон Френеля; Л вЂ” длина волны в среде на частоте высокочастотного заполнения f, Размер первой зоны определяется формулой - с (1) где a — коэффициент, учитывающий возможность распространения от центра и от

1804634

30 (4) hn =

55 края зоны Френеля волн с разными геометрическими расходимостями, При рассмотрении плоской зонной структуры и случаев, к ней сводящихся, например случая с цилиндрической симметрией при г » it, где г, — начальный радиус апертуры, при заданных частоте f высокочастотного заполнения и размерах зон Френеля фокусное расстояние F целиком определяется значением скорости с объемных звуковых волн. В то же время фокусное расстояние F и скорость с определяют значение временной задержки Т между моментом времени, соответствующим переднему фронту излучаемого импульса, и моментам первого вступления низкочастотной волны; т= (2) с

Совместное решение уравнений (1) и (2) позволяет однозначно определить скорость с объемных звуковых волн.

При приеме низкочастотной волны так же, как и в прототипе, используют временное разделение между излучением волны накачки и приемом низкочастотной волны.

Это позволяет избежать приема паразитного низкочастотного сигнала, образованного на нелиней ..ости излучающих элементов, и однозначно принять низкочастотную волну, образованную при нелинейном преобразовании исходного сигнала в фокальной области системы.

На чертеже приведен вариант структурной схемы устройства, с помощью которого может быть реализован предложенный способ нелинейного каротажа.

Устройство содержит блок 1 генератора, выход которого через фильтр 2 высокой частоты соединен с размещенной в скважине приемоизлучающей антенной 3.

В конкретной реализации антенна 3 выполнена в виде зонной линзы Френеля и содержит подключенные к общей шине питания элементы 4. заполняющие апертуру.

В четных и нечетных зонах элементы 4 подключены к шине питания противофазно.

Каждый элемент 4 представляет собой электроакустический цилиндрический преобразователь, возбуждаемый на нулевой радиальной моде. Приемоизлучающая антенна 3 соединенная через фильтр 5 низкой частоты, блок 6 ключа с блоком 7 усиления и блоком 8 регистрации. Второй вход блока

6 подключен к управляющему выходу блока 1, Предложенный способ нелинейного акустического каротажа реализуется следующим образом, Возбуждают в скважине цилиндрически расходящуюся, протяженной апертуры, со сходящимся волновым фронтом акустическую волну накачки с узким спектром в виде импульса или последовательности импульсов с низкочастотным, модулированным по амплитуде заполнением, Для этого формируют с помощью блока генератора 1 электрический сигнал в виде импульса или последовательности импульсов с высокочастотным, модулированным по амплитуде заполнением с параметрами, удовлетворяющими соотношениям

Vgð (г(,0

F — расчетное фокусное расстояние, Сигналом, сформированным блоком генератора 1, через фильтр 2, который подавляет возможную низкочастотную составляющую, возбуждают элементы 4 приемоизлучающей антенны 3, В блок 8 сигнал не поступает, так как его частота лежит в области непропускания фильтра 5.

Фазовый фронт ф акустической волны вдоль скважины сформирован по принципу зонной линзы Френеля, т.е. представляет собой набор чередующихся зон с противоположными фазами, Закон образования зон может иметь вид

2 где hr — координаты границ зон;

n = 0,1,2...

Противофазное подключение элементов 4 достигается тем, что в четных зонах элементы 4 присоединяются к общей шине питания параллельно, а в нечетных — встречно-параллельно, Вследствие этого максимал ьн ый фазовый сдвиг между колебаниями, возбуждающими отдельными элементами 4, в фокальной области меньше л, а компенсация поля отсутствует, что обеспечивает высокую интенсивность акустического поля в фокальной области.

Принимают в области излучающей апертуры с помощью приемоизлучающей антенны 3 низкочастотную волну, являющуюся результатом нелинейного преобразования в фокальной области излученного импульса. Прием осуществляют в заданном временном интервале At:

2F/c < Ьt < 2F/ñ+ т, (5)

Для этого сигнал с элементов 4 приемопередающей антенны 3 через фильтр 5 передают на блок 6 ключа. Блок 6, управляемый синхроимпульсом от блока 1 генератора, формирует временное окно At, во время которого полезный низкочастот1804634 с= Ь Г, Т где f — частота высокочастотного заполнения;

2h1 — размер первой зоны Френеля.

Составитель А. Замятин

Техред М.Моргентал Корректор И. Муска

Редактор Г. Бельская

Заказ 1078 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101 ный сигнал через усилитель 7 поступает на блок 8 регистрации. Затем измеряют с помощью блока 8 временную задержку Т между передним фронтом излучаемого импульса и первым вступлением низкочастотной волны (время нахождения переднего фронта на излучающей апертуре — t0 = О).

Скорость с объемных звуковых волн в среде определяют по формуле

Формула изобретения

Способ нелинейного акустического каротажа, включающий возбуждение в скважине цилиндрически расходящейся акустической волны протяженной апертуры со сходящимся волновым фронтом и узким спектром в виде импульса с высокочастотным модулированным по амплитуде заполнением, прием в области излучающей апертуры в заданном временном интервале низкочастотной волны из фокальной области сходящегося волнового фронта, и определе5 ние характеристики среды по одному из ее параметров, отл ича ю щи и с я тем, что, с целью расширения области применения способа, начальную апертуру расходящейся акустической волны формируют в виде зон

10 Френеля, измеряют временную задержку Т между передним фронтом излучаемого импульса и первым вступлением низкочастотной волны, а о среде судят по скорости с объемных звуковых волн, определяемой ис15 ходя из соотношения: с= 1 т, 2Т где f — частота высокочастотного заполне20 ния излучаемого импульса;

2h1 — размер первой зоны Френеля; а — коэффициент геометрической расхОдимости.