Способ акустического каротажа скважин и устройство для его осуществления

 

iiii769468

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советски%

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 25.07.78 (21) 2648892!18-25 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 07.10.80. Бюллетень № 37 (45) Дата опубликования описания 07.10.80 (51) М. Кл.

G 01Ч 1, 40

Государственный комитет

СССР по делам иэобресеннй и открытий (53) УДК 550.83 (088.8) (72) Авторы изобретения

Л. С. Колдобский, 10. И. Сахаров и Л. 3. Цлав

Волжское отделение Института геологии и разведки горючих ископаемых (71) Заявитель (54) СПОСОБ АКУСТИЧЕСКОГО КАРОТАЖА СКВА)КИ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к области промыслово-геофизических исследований скважин и предназначено для определения характеристик горных пород на основе измерения их акустического импеданса.

Известен способ акустического каротажа скважин (1), в котором используется акустическая энергия отраженных волн для оценки акустического импеданса горных пород. Однако точность этого способа недостаточно высока, так как в нем не учитываются акустические свойства жидкости, заполняющей скважину.

Известны также способ и устройство для его осуществления, принятые за прототип (2), где акустический импеданс горных пород определяется с учетом акустического импеданса скважинной жидкости. Однако при этом принимается, что акустический импеданс жидкости остается неизменным по всему разрезу скважины и не учитывается коэффициент затухания акустических волн в жидкости.

Целью изобретения является повышение точности измерения акустического импеданса пород, пересекаемых скважиной, и измерение акустических свойств скважинной жидкости путем одновременного измерения акустического импеданса жидкости и коэф ч1ы gg>() Ф

4 фициента затухания акустической энергии в ней.

Для реализации этого способа измерения акустического импеданса пород предлагается устройство, содержащее зонд с центраторами и электронную часть, необходимую для обработки сигнала, в которое введен отражатель акустической энергии, выполненный в виде усеченного конуса, расположенного на фиксированном расстоянии от излучателя, позволяющем разделять во времени излучаемый и принимаемый импульс от его верхнего среза.

Использование предложенных способа и устройства для определения акустического импеданса горных пород позволяет значительно повысить точность измерений за счет учета изменения акустического импсданса жидкости и коэффициента затухания акусти 1еских ВОлн В ней по стВолу сКВВжпны.

Процесс измерения акустических свойств породы и жидкости по предложенному способу иллюстрируется представленной на

2О чертеже схемой предложенного устройства, где 1 — скважпнный зонд; 2 — кабель; 3— скважина, заполненная жидкостью; 4— центраторы; 5 — излучатель акустической энергии, являющийся Одновременно и прп769468

2Ä вЂ” 2.

1 V

50 емником; 6 — усеченный конус, расположенный на строго определенном расстоянии от излучателя, позволяю|цем разделять во времени излучаемый и принимаемый импульс от его верхнего среза, и выполненный из материала, обладающего большими отражающими свойствами по отношению к жидкости (например, из нержавеющей стали).

Акустическая энергия, излученная датчиком, падает на поверхность конуса и частично отражастся от верхнего среза конуса обратно к датчику. Основная часть энергии, отражаясь от боковой поверхности конуса, направляется на стенку скважины под углом 90 . Эта энергия отражается затем от стенки скважины и с помощью конуса направляется к датчику. Акустическая энергия, отраженная от верхнего среза конуса, несет информацию об акустических свойствах жидкости, основная же часть энергии от стенки скважины содержит информацию об акустических свойствах пород, Так как пути, проходимые акустическими отраженными импульсами от верхнего среза конуса и стенки скважины различны, то все отраженные импульсы легко разделяются во времени и могут быть обработаны либо непосредственно в электронной части зонда, либо переданы последовательно на поверхность для дальнейшей обработки.

Акустический импеданс горных пород определяется следующим образом.

Известно, что в общем случае при перпендикулярном падении акустической волны на отражающую границу коэффициент отражения может быть выражен следующим образом

Zz — Zi i п ж или

Zz 1-Z, п+ Zæ где Z2(Z,) и Z<(Z, ) — соответственно волновые сопротивления -породы и жидкости.

Отсюда волновое сопротивление (импеданс) породы:

В процессе реализации рассматриваемого способа определения акустического импсданса горных пород с помощью предложенного устройства получается временная картина, схематически изображенная на фиг. 2, где 7 — импульс излучения; 8 — первый импульс отражения от среза конуса;

9 — второй импульс отражения от среза конуса; 10 — импульс отражения от породы.

Для коэффициента отражения от верхнего среза конуса можно написать

1 К вЂ” ж (2) к+ ж где Z, и Z — акустические импедансы

25 зо

35 материала конуса и сква>кинной жидкости.

Отсюда

Z =-2, 1 --1V т. с. акустический импеданс жидкости можНо определить, измерив коэффициент отражения W

Подставляя значения пз (3) в (1), находим

1--V1 — lv

4 и — к, () т. е. акустический импеданс породы определен с учетом текущего значения акустичсского импеданса жидкости.

Учет падения амплитуды давления отраженной волны из-за изменения коэффициента затухания акустических волн в жидкости определяется следующим образом.

Известно, что коэффициент затухания определяют замером амплитуд двух последовательных отражений, так как считают, что амплитуда колебаний изменяется с расстоянием по экспоненциальному закону

А, = А,.1-"" . (5)

Измеряя амплитуды первого и второго кратного отраженного импульса от верхнего среза конуса, можно найти коэффициент затухания а, так как расстояние Лх известно, т. е. я = — (1и А,/А,)/,:1 х. (6)

Таким образом, с учетом значения а при измерении амплитуд отраженных волн, окончательная формула для определения акустического импеданса пород будет иметь вид

+ VE — «» m E- — "«" х

2п — — Zê, (7)

1 VE — " и 1 1P — «» где Лу и Лх — расстояния, которые проходит акустический сигнал от излучателя до стенки скважины и обратно и от излучателя до верхнего среза конуса и обратно.

Формула изобретения

1. Способ акустического каротажа скважин, заключающийся в излучении, приеме и обработке сигнала, о т л и ч а ю щ и йся тем, что, с целью повышения точности измерения акустического импеданса пород, пересекаемых скважиной, и измерения акустических свойств скважинной жидкости, одновременно измеряют акустический импеданс жидкости и коэффициент затухания акустической энергии в ней и по полученным данным судят о характеристике горных пород.

2. Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее зонд с центраторами и электронную часть, необходимую для обработки сигнала, отличающееся тем, 769468 ( (фиг 1

5

Составитель В. Карпушин

Техред О. Павлова

Редактор Е. Тимонина

Корректор О. Силуянова

Заказ 2255)15 Изд. ¹ 515 Тираж 649 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобрстсиий1 и открытий

113035, Москва, К-35, Раушская наб., д. 4;5

Типография, пр. Сапунова, 2 что в него введен отражатель акустической энергии, выполненный в виде усеченного конуса, расположенного на фиксированном расстоянии от излучателя, позволяющем разделять во времени излучаемый и принимаемый импульс от его верхнего среза.

Источи!!кп информации, принятые во внимание прп экспертизе

1. Патент США № Зб97937, кл. 340-15,5, опублик. 1971.

2. Патент США № 3739328, кл. 340-!5,5, опублик. 1973 (прототип).