Способ акустического картожа скважин

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сото3 Советских

Социалистических

Вес убл (11) 940105 (6l ) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 26Я9,80 (21) 2985824/18-25 с присоединением заявки,% (23) Приоритет

Опубликовано 30.06.82. Бюллетень № 24

Дата опубликования описания 02,07,82 (51)М. Кл.

G 01 V 1/40

9теудерстеепа6 кемнтет

СССВ йо делам лмбретений и етермтяй (53) УДК 550.83 (088.8) А. K. Мельцер н П. Q. Резник (72) Авторы изобретения

Опытно-конструкторское бюро геофизнческ о прйбЬростроения

Обьедннения Укргеофизнка

f71) Заявитель (54) СПОСОБ АКУСТИЧЕСКОЮ КАРОТАЖА

СКВАЖИН

Изобретение относится к промысловой гео етзике и может быть использовано преимущественно при исследовании скважин трех- или многоэлементным акустическим зондом.

Получение наряду с другими характеристик, прошедших через породу поперечных волн, существенно повышает информативность акустического карот ажа, ссобенно в трешиноватых породах. Однако, поскольку поперечные волны в принятом сигнале не являются первыми, использование традиционных способов непосредственного выделения (стробирования) волн с помощью порогового устройства не представляется возможным.

Известен способ акустического каротажа, который обеспечивает возможность стробирования иэ поступившего на прием-ник от излучателя волнового пакета групп пы первых полупериодов поперечных волн с послепукхн измерением пиковых зна- . чений их амплитуд. Выделение поперечных волн из полного сигнала основано на иэ2 вестном свойстве этих волн иметь более низкую частоту по сравнению с продольными волнами, ипи, что то же, меньшее количество нулей (переходов через О) на одном н том же временном интервале.

Команда на генерирование стробирующего окна поперечных волн подается прн резком уменьшении числа нулей. Попавшие в окно колебания детектируются и pemстрируются в качестве параметра амплитуды поперечных волн $1).

Недостаток способа обусловлен тем обстоятельством, что в реальных условиях на начало поперечных волн оказываются наложенными хвосты продольных волн, в результате чего возникает сложная интерференционная картина с нехарактерным размещением нулей и стробирутошее окно устанавливается неточно. Этому способствуют также непостоянство частоты продольных волн и искажения сигнала, связанные с децентровкой зонда. Смещение стробируюшего окна приводит к значительному искажению результатов измерения амплитуды поперечных волн.

Более совершенным является способ акустического каротажа, включающий по5 очередное зонйирование двух разной длины участков скважины, в том числе в каждом такте зондирования — возбуждение и прием продольных и поперечных волн, фик-сацию времени пробега продольных волн, формирование стробирующих окон и измерение амплитуды колебаний в интервалах стробирования. Зондирующие импульсы поочередно работаюших и смещенных по длине зонда излучателей (для варианта с

15 многоэлементным зондол) поступают в каждом такте зонпирования на приемник . в виде волновых пакетов. Пакеты смежных тактов имеют различную временную задержку относительно посылки зондирующего импульса и различные амплитую цные характеристики ввиду разницы в длине путей при прохождении колебаний от ближнего и от дальнего излучателей к приемнику. B каждом такте на приемник пер25 вой прихощ т процольная волна, а за ней изза более низкой скорости распространения — поперечная волна. С помощью порогового устройства в кажпом такте фиксируется время t-p прихопа пропольной волны. Затем это время с помощью функ- ЗО ционального преобразователя умножается на коэффициент 3, представляющий со р бой известное соотношение скорсстей

5 процольных и поперечных волн. Полученный новый временной интервал, имеющий цлительность р, начинается в момент генерации зондирующего импульса и заканчивается в момент ожидаемого прихода поперечных волн. B этот момент генериру1О ется стробирую1ций импульс и произвопится измерение амплитуды поперечных волн в интервале стробирования - временном окне, соответствующем нескольким первым подупериоцам поперечных волн. Получение 5 времени прихода поперечных волн путем умножения времени прихода продольных волн на соотношение скоростей продольных и поперечных волн 3 основано на том, что при постоянных расстояниях от излу- 5о чателей до приемника (зонповых расстояниях) соотношения времен прихода продольных и поперечных волн обратно пропорциональ но соотношению их скоростей в тех же породах, т.е. ввиду того, что 55 скорость распространения поперечных волн в породе в 1г раз меньше, чем скорость продольных волн, время прихопа поперечных по сравнению с процольными в р- раз больше (2f.

Выделение интервала первых полупериодов поперечных волн с помощью известного способа вполне надежно и может обеспечить необходимую точность, но только в случае, когда зазор между скважинным прибором и стенкой скважины незначителен, и временем прохожцения колебаний по прослойке жидкости можно mpeнебречь. При наличии относительно большого зазора (работа в скважинах большс го диаметра, а также в кавернозных разрезах) погрешность выделения интервала поперечных воли является недопустимо большой, соответственно низкой является точность измерения пинамических (амплитудных) характеристик этих волн. B этом случае зафиксированное время прихода процольных волн определяется как

4p = Tp+ Т, гце Тр — время прохожпения продольных волн по породе; T — то же, по прослойке жидкости при вхоце колебаний в породу и выхоце из псропы к приемнику, и после умножения на у начало интервала стробирования поперечных волн определяется как 1 =- Тр+ Т,.

Действительное же время прихода 4 поперечных в олн определяется аналог ч ным выражением, но без коэффициента - перец значением Т1), так как по жидкости кыюбания распространяются только в вице продольных волн, а поперечные волны возбуждаются и распространяются только в породе, т.е. = Тр+ Т, и абсолютная погрешность выделения mm тервала поперечных волн опрецеляется как (.строБ t; =(P p + Т< )-(я-Т +Т ) =

=То (11"-1) . При исслецовании плотных пород коэффициент у"-1,8, а время Т с учетом реальных зазоров и относительно невысокой скорости распространения в жипкости (М"-1500 м/с) может составить 1500-2000 мкс, что смещает стробируюшее окно поперечных волн на несколько периодов от начала их прихоца на приемник и приводит к недопустимо большой (цо 30-50%) погрешности при измерении амплитуцы поперечных волн в пересекаемых скважиной горных породах.

Е1ель изобретения — повышение точности измерения динамических характеристик поперечных волн путем уменьшения погрешности, обусловленной зазором между зондом и стенками скважины.

Указанная цель достигается тем, что в способе акустического каротажа скважин, включающем поочередное зонцировагце 6

L — зонповое расстояние,, м; — цлина измерительной базы зонда, м; — соотношение скоростей продольной и поперечной волн в пересекаемых скважиной породах.

На фиг, 1 изображена примерная схема реализации способа в аппаратуре акустического каротажа; на фиг. 2 - эпюры импульсов; на фиг. 3 — электрическая схема формирователя вспомогательного временного интервала.

З5

Аппаратура состоит из скважинного снаряда и наземного измерительного пульта, соединенных каротажным кабелем.

Скважинный снаряд содержит электронный блок 1 и трехэлементный акустический зонд 2 с двумя излучателями 3 и 4 упругих колебаний и приемником 5.

Основными элементами пульта являются формирователи 6 и 7 интервальных импу« сов, интеграторы 8 и 9, схема 10 вычитания> формировате к 11 и 12 вспомогательных интервалов, генераторы 13 и 14 стробирующих окон, селективные детекторы 15 и 16, функциснальный преобразователь 17, схема 18 синхронизации.

Элементы зонды (излучатели 3 и 4 и приемник 5) размещены по его высоте, в нижней части — приемник, выше приемника со сдвигом относительно цруг другаближний .(по отношению к приемнику}

55 излучатель 3 и дальний излучагель 4.

Расстояние межпу каждым из излучатежй и приемником определяет соответствующее зондовое расстояние г, (Я„- для ближнение двух разной длины участков скважины, Ю в том числе в каждом такте зондирования — возбуждение и прием продольных н поперечных волн, фиксацию времен пробега продольных волн, формирование стробируюших окон и измерение амплитуды колебаний в интервалах стробирования, формируют вспомогательный временной интервал, начинающий в момент прихода продольных волн и имеющий длительность, о пропорциональную разности времен пробега продольных волн в смежных тактах, начало стробируюшего окна поперечных волн фиксируют по моменту окончания вспомогательного интервала, а коэффициент пропорциональности при формировании вспомогательного интервала по разности времен пробега устанавливают в зависимости от геометрии зонда по следующей формуле

20 е

"= ь (Т-") 05 6 го, e — для дальнего излучателей). Разность зондовых расстояний, численно равная сдвигу между излучателями, является измерительной базой зонда с . В процессе выполнения каротажа, когца скважинный снаряд перемещается от забоя к устью скважины, излучатели путем посылки зондирующих импульсов 19 и 20 соответст

Венно от ближнего и от дальнего излучателей возбужцают в окружающей среце серии упругих колебаний. Находящаяся в электронном блоке 1 схема эаггуска излучателей обеспечивает поочередность работы излучателей. Возбужденные в среде упругие колебания через прослойку жидкости попадают в породу и, пройдя путь по породе, соответствующий зонцовым расстояниям, снова через прослойку жидкости попадают на приемник 5, где преобразовываются в электрические колебания 21 и 22 соответственно от ближнего и от цальнего излучателей. При этом на пути к приемнику колебания проходят по породе в вице продольных волн в течение времени Тр, и Тр соответственно цля ближнего и a,àëüíåãî излучателей и в вице поперечных волн в течение времени Т и 1 . Поперечные волны имеют более низкую скорость, чем процольные, и прихоцят на приемник с большим запозцание м.

Эти колебания усиливаются с помощью расположенного в электронном блоке 1 усилителя и по каротажному кабе, лю вместе с раэнополярными импульсами синхронизации (от срабатывания того и цругого излучателей) поступают на вход наземного измерительного пульта к формирователям 6 и 7 интервальных импульссв, селективным детектором 15 и

16, а также к схеме 18 синхронизации.

С помощью порогового элемента в формирователе 6 формируется прямоугольный интервальный импульс 23, передний фронт которого соответствует моменту посылки зондирующего импульса 19 от ближнего излучателя, а зацний фронт — моменту фиксации пришепшей первой к приемнику процольной волны.

Аналогичным образом в формирователе 7 формируется интервальный импульс

24, фронты которого опрецеляются моментом посылки зондирующего импульса

20 от дальнего излучателя и моментом ,фиксации продольной волны от дальнего излучателя 4, Импульсы 23 и 24 поступают соответственно на входы запуска формирователей 11 и 12 вспомогатель7 ных интервалов, звпусквя их в момент прохождения задних фронтов импульсов

23 и 24, Длительность вспомогвтельиых временных интервалов - импульсов 25 и

26 - уствнввливвется в зввисимости от 5 поступвюшего нв входы управления формироввтелей нвпражения от схемы 10 вычитвния и уствновки исходного режима, обеспечиввюших совмещение звдних фрсятов импульсов формироввтелей с началом пакетов исквжения этих пакетов "хвоствми процальных волн и отсутствия видимой границы между продольными и попе

I речи ыми волн в ми. Вхо ды схе мы 10 в ычитания связаны с выхадвми интеграторов

8 и 9, в которых осуществляется преобрвзоввние импульсов 23 и 24 в нвпряжение, пропорциональное их длительностям с последующим звпоминвнием этого нвпряжения. Нвпряжение нв выходе схемы 10 вычитания прапорционвльна разности Т длительностей импульсов 24 и 23 в непосредственно следующих друг за цругом смежных тактах. При прохождении учвстков скважины, где скорости и соответст25 венно время приходв колебвний к приемнику имеют другие значения, изменяются напряжения на выходах интеграторов и выходе схемы вычитания. Соответственно перемещвются фронты квжцого из импуль- ЗО сов 25 и 26, привязвнные передний — к моменту приходв пвкетв продольных и звдний - к моменту ожидвемого приходв поперечных волн, Импульсы 25 и 26 поступвют нв ге- 35 нервторы 13 и 14 стробирукнцих окон, звпусквя их задними фронтами. Импульсы

27 и 28 с выхадв генераторов поступ вют нв упрввляюшие входы селективных детекторов 15 и 16. В интервалах стробировв-40 ния, соответствующих трем первым периодам колебаний поперечных вали, осутцествляется пиковое детектирование сижвлов от ближнего ищучвтеля детектором 15 и от дальнего ивлучвтеля цетектором 16. 45

Выходное нвпряжение детекторов в качестве параметров амплитуд поперечных волн А и А<> соответственно от ближнего и от двльнего издучвтелей, являющихся динамическими характеристиками 5О поперечных волн, поступвют ив регистрвтор квротвжной ствнции, куда одновременно поступает и напряжение от функдионвльного преобрввоввтеля 17 - пврвметр с .

Функцисевльный преобрвзоввт ель 17

55 осутествляет преобрвзоввние поцвнных нв его вход пврвметров А и А<,т в логврифм их отношения, соответствующий коэффициенту затухания в(,5 поперечных волн нв бвзе К между излучвт елями. Схема 18 синхр они звции обеспечивает правильное во времени функдионироввние элементов нвземного измерительного пульта.

Формирователи 11 и 12 вспомогвтельных временных интерввлов выполнены идентичными. Схема формирователя (фиг. 3) содержит генератор 29 пилообразного напряжения, выполненный нв опервционном усилителе компврвтор 30 и резистивный вттенюатор 31. Выход гене- рвторв 29 подключен, к инвертируюшему, а выход вттенюатора 3 1 к неинвертиру-. юшему входам компврвтора. Вход генервтора 29 является входом запуска, в ахоп вттенювторв 3 1 — входом управления формироввтеля вспомогательных временных интервалов. Передний фронт импульсов нв выходе формирователей определяется началом пилы, в задний фронт — моментом совпадения одного из значений нвпряжения пилът с опорным нвпряжением, подвнным от схемы вычитания через вттенювтор.

Поскольку опорное напряжение пропорционально разности интервальных импульсов, или, что то же самое, рвзности времен пробега процольных волн ьТ в смежных тактах, то и длительность импульсов 25 и 26 нв выходе формирователей пропорционвльнв b,Ò при коэффициенте пропорционвльности К, зависящем при постоянстве нвклона пилы только от коэффициента передачи аттенювторв. С помощью вттенювторв 3 1 в процессе настройки и квлибровки аппаратуры коэффициент пропорциональности K устанавливается рвв-! р ным — (1), Ь где $ — зонцовое рвсстояние для соответствующего излучателя, м;

Ь вЂ” цлинв измерительной базы зонцв, м; "- соотношение скоростей продольной и поперечной волн в пересеквемых скважиной порсдвх (цля плотных пород у= 1, 75-1,8), Таким образом, длительность вспомогвтельного временного интервала в такте зондирования от ближнего излучателя опе„ ределяется квк = (-1) 1 и от

L е. двльнего иэдучвтеля квк = ц- 1)

Ь

Поскольку импульсы 25 и 26, опрецеля юшие вспомогвтельные временные интервалы, следует непосредственно зв интер9 940 вальными импульсами 23 и 24, то время до начала стробирования поперечных волн для каждого из излучателей строб и %строе-, определятся суммой длительностей импульсов 23 и 25,.24 и 26 . В s свою очередь, длительность каждого иэ интервальных импульсов 23 и 24 включает в себя время прохождения продольных волн по породе Тр н Тр 2 соответственно и прослойкам жидкости при входе в поро- 1О

J ду и выходе из нее Т, т.е. строе, fn q+

После подстановки и упрошения выра- 1ь жение для 1,тр, имеет BHg

Ф T +t = 1Т + 8. Ц f) вт стРов Р1 9 1 чр

=Т+ - - - — "(-<)=T.+ — = T.+ — =То. Т „.

9 Чр Чр " 1 Чр 6 Ч б 20

Ан ало жчн о для ст о д выражение имеет вид -"стро а. = Т + Т °

Из результирующих выражений видно, что время начала стробирования и измерения поперечных волн- строе(1, ) в

25 тактах работы каждого иэ излучателей численно равно суммарному значению времени распространения колебаний по жидкости в зазорах межпу излучателем, приемником и стенками скважин и времени распространения поперечной волны по породе на участке между соответствуюшим излучателем и приемником, что соответствует фактическому времени прихода поперечной волны, т.е. 35 строе g " строб =

По этой причине, по крайней мере, в несколько раз уменьшается погрешность измерения динамических (амплитудных) <й характеристик упругих поперечных волн, обусловленная зазором между зондом и стенками скважины и соответствуюшим смешением интервалов стробирования относительно первых периодов пакета по- 45 перечных волн.

105 10

Формула изобретения

К = — „(-q), - зондовое расстояние, м; — длина измерительной базы зонда, м; — соотношение скоростей продольной и поперечной волн в пере секаемых скважиной породах. где

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 697943, кл. G 01 V 1/40, 1975.

2. Патент США М. 3333238, кл. Н 340-18, 1967 (прототип).

Способ акустического каротажа, скважин, включаюший поочередное зондировайие двух разной длины участков скважины, в том числе в каждом такте зондирование - возбуждение и прием продол ных и поперечных волн, фиксацию времен пробега продольных волн, формирование стробирующих окон и измерение амплитуды колебаний в интервалах стробирования, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения точности измерения динамических характеристик поперечных волн путем уменьшения погрешности, обу словленной зазором между зондоМ и стенками скважины, формируют вспомогательный временной интервал, начинающий в момент прихода продольных волн и имеюший длительность, пропорциональную разности времен пробега продольных волн в смежных тактах, начало стробирующего окна поперечных волн фиксируют по моменту оконча« ния вспомогательного интервала, а коэффициент пропорциональности при формировании вспомогательного интервала по раз-, ности времен пробега устанавливают в зависимости от геометрии зонда по следующей формуле

940105

Составитель Н, журавлева

Редактор Н. Чубелко Техред K.Ìûíüî Корректор Г. Решетник

Заказ 4662(68 Тираж 717 По дписное

BHHHHH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4