Аппаратура для акустического телевидения скважин большого диаметра

 

О П И C"A Н И" Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ (ii) 54I135

Союз Советскик

Социалистически@

Рвсвублик.

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 05.06.75 (21) 2138352/25 с присоединением заявки № (51) М. Кл.- G OIV 1/40 (23) Приоритет Опубликовано 30.12.76. Бюллетень № 48

Гасударственный комитет

Совета Министров СССР до делам изобретений и открытий (53) УДК 550.834:622.241 (088.8) i

Дата опубликования описания 04.01.77 (72) Авторы изобретения

Е. В. Карус, А. П. Осадчий, Ю. М. Фискин, Л. В. Шкерина, И. T. Лебедев и О. Л. Кузнецов

Всесоюзный научно-исследовательский институт ядерной геофизики и геохимии (71) Заявитель (54) АППАРАТУРА ДЛЯ АКУСТИЧЕСКОГО ТЕЛЕВИДЕНИЯ

СКВА)КИ Н БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА

Изобретение относится к области геофизических исследований скважин акустическими методами.

До последнего времени геофизические, в том числе и акустические, исследования вы- 5 полнялись в скважинах относительно малых диаметров (от 5 до 40 см). В ряде областей народного хозяйства, в частности, в угольной и рудной промышленности возникла необходимость геофизических и, в первую очередь, 10 акустических исследований скважин большого диаметра (более 0,5 м), т. е. общий километраж таких пробуренных скважин составляет десятки километров. Целью таких исследований является определение физико-меха- 15 нических свойств вскрытого массива горных пород, а также оценка технического состояния скважины до и после ее обсадки.

Известна аппаратура, с помощью которой могут быть получены звуковые фотографии (и другая геофизическая информация) пластов, составляющих стенки скважины (1, 2).

Эта аппаратура представляет собой комплекс наземной части и глубинного прибора. Внутри глубинного прибора находится вращающийся приемо излучатель, акустическая ось которого сканирует стенки скважины. Отраженный от стенки скважины сигнал предварительно усиливается и по кабелю передается 30 в наземную часть, где подвергается дальнейшей обработке.

Однако, эта аппаратура может быть использована лишь для изучения стенок скважин малого диаметра, так как источник высокочастотного ультразвукового излучения, расположенный внутри зонда, имеющего соответственно малый диаметр, не способен обеспечить по причине затухания дальность действия, необходимую для зондирования стенок скважин большого диаметра.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является аппаратура для акустического исследования скважин (3), включающая глубинный прибор с неподвижной частью, содержащей азимутальный датчик, генератор возбуждения, усилитель сигнала и подвижную часть, в которой находится направленный электроакустическпй преобразователь. Наземный канал регистрации связан кабелем с глубинным прибором. Электроакустический преобразователь вращается вокруг оси скважины с постоянной скоростью и одновременно, вместе с зондом, перемещается вдоль оси скважины. При этом акустический луч прочерчивает на стенке скважины тонкую спиральную линию. Электроакустпческий преобразователь излучает акустический импульс на стенку скважины и принимает отраженный от нее сигнал. По амплитуде сигнала можно

541135

15 судить как о литологическом составе, так и о наличии каверн и трещин на стенке скважины. Последовательность сигналов модулирует по яркости луч кинескопа, который, разворачивается на экране индикатора и фотографируется.

Аппаратура дает акустическую фотографию стенок скважины. Однако она приспособлена для работы только в скважинах малого диаметра, где зазор между наружной стенкой зонда и внутренней стенкой скважины, заполненный буровым раствором, не превышает

30 — 50 мм. При большей величине зазора акустический сигнал не сможет быть выделен преобразователем из-за сильного поглощения средой.

Целью изобретения является одновременное получение акустических фотографий стенок скважины, микрозондирования и кавернометрии в скважинах большого диаметра.

Указанная цель достигается тем, что глубинный прибор содер>кит телескопическую штангу, выполненную с возможностью изменения ее длины в радиальном направлении, датчики длины штанги и датчики времени между посылкой и приходом отраженного от стенки скважины акустического импульса.

Электроакустические преобразователи размещены на телескопической штанге, а наземная часть содержит блок регистрации длины штанги. На чертеже изображена блок-схема предлагаемой аппаратуры.

Аппаратура имеет глубинный прибор, подвижный блок 1 которого шарнирно соединен с неподвижным блоком 2. Из подвижного блока выступает радиальная телескопическая штанга 3, направленная к стенке скважины.

Оконечная часть штанги содержит электроакустические преобразователи 4, питающие провода проложены внутри штанги. Один из преобразователей служит для акустического фотографирования стенок скважины и работает на частоте 1 мгц, пара других преобразователей (излучатель и приемник) служат для акустического микрозондирования и работают на частоте 100 кгц. Штанга может быть снабжена роликами, опирающимися на стенку скважины.

Кроме того, в снаряде А находятся азимутальный датчик 5 магнитного или гидроскопического типа, выдающий азимутальные метки, соответствующие моментам совпадения оси штанги с четырьмя сторонами света; датчик 6 длины штанги, выдающий напряжение, пропорциональное текущей длине штанги; генератор 7 (1 мгц), генератор 8 (100 кгц), усилитель 9 сигнала акустической характеристики, усилитель 10 сигнала акустической фотографии, датчик 11 времени между посылкой и приходом отраженного от стенки скважины акустического импульса, стробирующее устройство 12, выдающее импульсы в момент прихода азимутальных меток с амплитудой, пропорциональной длине штанги, стробирующее устройство 13, выдающее импульсы в

05 момент прихода азимутальных меток с ампли тудой, пропорционально промежутку времени между посылкой и приходом акустического импульса, двигатель 14.

Наземная часть принимает по кабелю от снаряда следующие сигналы: сигнал, воспроизводящий акустическую фотографию стенок скважины, сигнал, воспроизводящий акустическую характеристику пласта, сигнал, воспроизводящий длину штанги в направлении

4-х сторон света, сигнал, воспроизводящий промежуток времени между посылкой и приходом акустического импульса в направлении

4-х сторон света.

Наземная часть Б устройства содержит наземный усилитель 15 сигнала, воспроизводящего акустическую фотографию стенок скважины, наземный усилитель 16 сигнала, воспроизводящего акустическую характеристику пласта, усилитель 17 сигнала, воспроизводящего длину штанги, усилитель 18 сигнала, воспроизводящего промежуток времени между посылкой и приходом акустического импульса, усилитель 19 азимутальных меток, электронно-лучевой индикатор 20, построчно изображающий на экране акустическую фотографию стенок скважины и фоторегистратор этого изображения, электронно-лучевой индикатор 21, изображающий на экране акустическую характеристику пласта и фоторегист ратор этого изображения, регистратор 22 сигнала, воспроизводящего длину штанги и воспроизводящего промежуток времени между посылкой и приходом акустического импульса, генератор развертки 23.

Двигатель 14, расположенный внутри прибора, равномерно вращает штангу 3 вокруг оси скважины. Высокочастотный пьезопреобразователь посылает акустические импульсы и принимает отраженные от стенки скважины сигналы. Скважинная и наземная электронная аппаратура усиливает и детектирует сигнал. Последовательность сигналов в виде модулированного по яркости изображения воспроизводится на экране индикатора и фотографируется на движущейся ленте. Тем самым создается непрерывная акустическая фотография стенки скважины. Датчик длины штанги 6 выдает электрическое напряжение, пропорциональное текущему значению длины штанги. Датчик 11 выдает напряжение, пропорциональное промежутку времени между посылкой и приходом акустического импульса.

Азимутальный датчик в моменты совпадения оси штанги с меридианом и параллелью, выдает отметки 4-х сторон света.

Азимутальные отметки служат для азимутальной привязки акустической фотографии и для дискретной передачи в наземную часть напряжения, воспооизводящего длину штанги и промежуток времени между посылкой и приходом акустического импульса.

Это производится с помощью соответствующего устройства, выдающего стробирующие импульсы в моменты, когда азимутальная ко541135 ордината излучения совпадает с 4-мя сторонами света.

При этом строчная развертка индикатора, воспроизводящего акустическую фотографию стенки скважины, находится в ждущем режиме и запускается азимутальной меткой определенного направления. Излучатель микрозондирующей пары излучает акустический пакет, который, пройдя сквозь слой породы, воспринимается электроакустическим приемником, усиливается в снаряде и в наземной части, воспроизводится на экране индикатора, изображающего акустическую характеристику пласта, и фотографируется на движущейся ленте.

Таким образом, аппаратура дает возможность произвести акустический просмотр стенки скважины большого диаметра, так как телескопическая штанга приближает акустические преобразователи непосредственно к стенке скважины, а также иметь мгновенное значение радиуса скважины.

Формула изобретения

Аппаратура для акустического телевидения скважин большого диаметра, включающая наземную часть, глубинный прибор с неподвижным блоком, содержащим азимутальный датчик, генератор возбуждения, усилитель сигнала, и шарнирно соединенный с ним подвижный блок, в котором находится направленный электроакустический преобразователь, о тл ич а ю щ а я с я тем, что, с целью одновременного получения акустических фотографий стенок скважины, микрозондирования и каверномет>0 рии в скважинах большого диаметра, глубинный прибор содержит телескопическую штангу, выполненную с возможностью изменения ее длины в радиальном направлении, датчики длины штанги и датчики времени между по15 сылкой и приходом отраженного от стенки скважины акустического импульса, при этом электроакустические преобразователи размещены на телескопической штанге, а наземная часть содержит блок регистрации длины

20 штанги.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авт. св. № 405095, кл. G 01V 1/40, 1973.

25 2. Авт. св. № 437035, кл. G 01V 1/40, 1974.

3. Патент США № 3406779, кл. 181-5, 1969.

Составитель Э, Терехова

Корректор Л. Орлова

Редактор Н. Коляда

Техред А. Камышникова

Заказ 2887/16 Изд. М 1901 Тираж 690 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений н открытий

113035, Москва, OI(-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2