360790

И - ОР-Ж-Й 360790 ОП" ИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических РеспубликК ПАТЕНТУ Зависимый от патентаЗаявлено 18. 1,1968 (3 В 1225136 ф 26-25)Приоритет 11.1.1968;1209297/26-25, ССОпубликовано 28.Х.1972. Бюллетень3Дата опубликования описания 27.111.1973Квмитвт ее двлем иввбрвтвниЯ и вткрытиЯ ври Свввтв Миинетрев СССРК 550.834:622.241 (088.8) вторзобретения Иностранец Джеймс Эдвард Уайт Соединенные Штаты Америки) Иностранная фирма Маратон Ойл Компани Соединенные Штаты Америки)Заявитель СОБ АКУСТИЧЕСКОГО КАРОТАЖА БУРОВЪХ СКВАЖИН ного акустического сигнала является сжатая форма волны в бурильном растворе и сдвиговая и сжатая формы волны в стенке скважины и окружающей среде, лричем каждая форма волны имеет различную скорость, Эти виды колебаний накладываются друг на друга в растворе, стеньке,и на границах раздела пластов, В результате составная форма волны воспринимается приемником в виде сигнала сложной формы и поэтому трудно или невозможно точно определить время поступления сигнала определенного вида, например сдвигового вида колебаний в формации, Большинство попыток преодолеть эту проблему были предприняты исходя из существования и приема волны сложной формы и направлены на разработку методов и средств для выделения требуемого сигнала. Эти средства обычно включают в себя анализатор или сложное и дорогостоящее электр онновычислительное устройство в результате получают только достаточно хорошее приближение. Цель изобрмерения, полпа и эффвктительных видосинги,ала. Изобретенне относится к области промысло. вогеохимических исследований скважин, в частности к способу акустического каротажа.Разработанная относительно недавно техника акустичесиого каротажа скважины состоит 5 в генерировании, пропускании акустических сигналов (т. е. колебаний звуковой частоты) через пласты земли, которые изучаются, и в приеме сигнала в точке, удаленной от передатчика. Зная расстояние между передатчиком и 10 приемииком и время, требуемое звуковому сигналу на прохождение этого пути, можно подсчитать скорость звука в этих:пластах, которая вместе с другими показателями позволяет определить свойства этой, формации, Ап паратура для каротажа обычно состоит из рааположенных на расстоянии друг от друга передающих и принимающих преобразователей, установленных на длинном корпусе, который опускается в буровую скважину, за полненную буровым раствором и другими ж идкостя м и.Звуковая энергия распространяется как в виде колебаний, имеющих волну сжатия, так и в виде сдвиговых колебаний, а скорость 2 каждого вида колебаний зависит от среды, в которой они распространяются. Таким образом, результатом генерирования ненаправленетения - повышение точности изучение колебаний заданного тивное подавление всех нежелав распространения акустическогоЭто достигается тем, что акустические ситналы возбуждают одновременно в нескольких точках, расположенных на равном расстоянии друг от друга ло периферии скважины и лежащих в одной плоскости. При этом силовые векторы генерируемых преобразователями излучателей сигналов имеют заранее выбранные контролируемые направления так, чтобы усиливались только заданные виды распространяющихся колебаний. Вследствие этого результирующая форма волны, которая распространяется через формацию, содержит сильно доминирующий требуемый вид или виды колебаний и только несколько очень ослабленных составляющих нежелательного вида колебаний, в результате чего доминантный вид колебаний можно легко распознать,или идентифицировать в полученной форме волны.Прием колебаний также осущесгвляют одновременно в неокольких точках; а каждый приемник работает таким образом, что сначала он отвечает на сигналы колебаний заданного вида, исключая все другие, благодаря этому улучшается результат.На фиг. 1 показан прибор для акустического каротажа, погруженный в жидкость, заполняющую скважину; на фиг. 2 - преобразователь, который может:генерировать или принимать; на фиг. З,а - г - векторные,диаграммы для колебаний четырех возможных видов, ислользуемых при акустическом каротаже.Акустический прибор 1 для осуществления спосооа содержит цилиндрический корпус 2, подвешенный на тросе д в буровой скважине 4, заполненной бурановым раствором, набор акустических преобразователей б, шарнирно укрепленных на корпусе консольными рычагами б, которые поджимают:преобразователи до соприкосновения со стенками скважины при помощи пружинки, установленных внутри корпуса, Каждый преобразователь:касается стенок оуровой сиважины только в одной точке через жесткую контактную кнопку 7.Нижнее кольцо преобразователей используется в качестве излучателей, а два верхних кольца - в качестве приемников. Хотя видны только три преооразователя на каждом кольце .или уровне на фиг. 1, понятно, что на самом деле установлены четыре таких,преобразователя, расположенные на равном расстоянии друг от друга через 90 по периферии корпуса 2, Аппарат этото типа может работать с колебаниями различных видов. При колебаниях одного вида должно регистрироваться время прохождения сигнала от кольца передатчиков до одного из уровней (колец) приемочных .преобразователей. В этом случае, зная расстояние между кольцами, легко подсчитать скорость распространения сигнала. При использовании колебаний передаваемого сигнала другого вида может быть изменено время прохождения сигнала между двумя,приемными кольцами или, если один непрерывный сигнал, может быть определена разность фаз между двумя кольцами приемных преобразователей. Можно определить скорость звукового сигнала, используя любую из этих методик, а действительный вид колебаний безразличен для осуществления предлагаемого опо соба.Обычно каждый преобразователь содержиттри электромеханических транодукторных или ортогональных элементов 8, 9 и 10, ориентированных вдоль взаимно перпендикулярных или 10 ортогональных осей и прочно закрепленныхна металлическом монтажном блоке 11. Эти оси .пересекаются,в контактной кнопке 7 Трансдукторные элементы мотут быть пьезоэлектрическим цилиндром из титаната бария 15 или комплектом иагнитной катушии и сердеч.ника и т. п. Каждый несет чащеобразный элемент 12, который действует как инерционный вес,или реактивная масса, Для ясности элвктрические соединения с каждым из трансдук торных элементов не показаны.Монтажный блок 11 представляет собойтрехгранную аирамиду, которая;может быть получена срезанием угла куба. Плоскость, несущая контактную кнопку, таким образом, яв ляется равносторонним треугольником, а тридругие плоскости - равнобедренными треугольниками. Полный комплект трансдукторных элементов (фиг. 2) .помещен внутри каждого из преобразователей, которые аоказаны 30 на фит, 1 с закрытым кожухом, имеющим вы.резанное отверстие для контактной кнопки. При измерении сдвлговой скорости акустического,сигнала в пластах, окружающих буро вую скважину, аппарат для каротажа работает следующим образом. Соответствующим включением, передаточных преобразователей нижнего кольца результирующие силы, прикладываемые:к буровой скважине через кон тактные кнопки; могут быть ориентированы вгоризонтальной плоскости по касательной к буровой скважине, как,подсказано на фиг. З,а, т. е. одновременной подачей импульса заданной величины и полярности на трансдукгор ные элементы каждого из передающих преобразователей, Вектор силы, генерируемый каждым из трансдукторных элементов может быть точно проконтролирован и в этом случае принимает вид, показанный на фиг. З,а. Относи тельное распределение силы сигнала междутрансдукторными элементами, требуемое для получения обобщенного вентора силы, может быть лепко определено и зависит от ориентации каждого комплекта преобразователей вну три своего кожуха. Силы, направленные покасательной, как показано на фиг. З,а, действуют так, что стремятся:повернуть или закружить сиважинупоэтому получается сдвиговая волна, которая распространяется через форма цию. Так как силы приложены по касательнойи все силы действуют в одном направлении, т. е. по часовой стрелке, то волны сжатия не возникают. Эти силы приложены прямо к стенке скважиныпоэтому сильный сигнал, по рождаемый жидкостью, не развивается. Для5 10 15 20 25 Зо 35 40 45 50 55 60 65 дальнейшего усиления конечной величины сигнала, производимого отдельными трансдукторными элементами в приемном преобразователе, воспринимающие силы сочетаются определенным образом с возбужденным сигналом трансдукторных элементов в передающем преобразователе, тем самым увеличиваются силы, имеющие те же направления, что и приложенные (тенерированные) силы, Иначе говоря, сигналы с соответственно одинаково раопределенными весами используются как в передающем, так и в принимающем преобразователях, которые позже превращают большую часть ответа в силы, развиваемые передающими преобразователями, хотя результатом является и некоторое уничтожение ситналов, генерированных в приемных элементах благодаря побочным видам колебаний силы распространения, которые могут появляться,В противоположность тому, чего;можно было бы ожидать, обнаружено, что описанная методика одинаково эффективна и для окважины с обсаженным стволом и необсаженной скважины. Хотя сигналы проходят быстрее по оболочке, чем по формации, и прибывают в приемное кольцо или плоскость раньше ситналов, проходящих по породе, находят, однако, что сипналы, идущие по оболочке, имеют яезначительную силу, которой можно пренебречь, а в ооновном весь сигнал передается через породу. Эта техничка также эффектив 1 на для исследования полностью цементных оболочек, так как в этом случае акустический сигнал,отделяется от формации и только сипналы, раопроспраняющиеся через оболочку, обнаруживаются в приемочном преобразователе,Фиг, 3, б показывает другое направление вектора сил, которое может быть использовано для измерения скорости распространения сдвитовой волны. При условии, что все силы действуют в одном направлении, имеется тенденция изпибать сиважину, получая сдвиговые колебания. Трансдукторные элементы в приемных устройствах должны быть соедилены так же, как и трансдукторные элементы в соответствующих передающих устройствах с тем, чтобы в первую очередь быть чувствительными к векторам сил, генерированным в плоскости передатчика. Измерив скорости рспространения сдвитовых волн, полученных на основе векторных диаграмм сил на фит, З,а и 3, б, и сравнивая затем эти результаты, можно получить хорошую проверку точности измерений.Силы, напр авленные по радиусу (векторная диаграмма на фиг, 3, в), дают волны подобно обычному геофону, подвешенноиу в центре скважины и окруженному жидкостью. Так как силы:приложены прямо к стеньке скважины, количество порождаемой жидкостью энергии значительно уменьшено и пики заданного сигнала в воспринимаемой форме волны легко раопознать.На фиг. З,г обобщенные силы параллельны оси скважинырезультатом чего является сильно сжатый вид колебаний сигнала распространения, Это только четыре из множества, возможных:направлений силовопо вектора, которые мояно получить, осуществляя принципы этого изобретения. Более того, должно быть понятно, что четыре,преобразователя, показанные в каждом передающем и принимающем кольце, - это только пример. В реальной практике может использоваться любое число таких устройств, хотя какой-то уравновешенный ряд, т, е. устройства, расположенные на,равном расстоянии друг от друга, дают вероятно наилучшие результаты. Начальными требованиями является то, чтобы переданные сигналы должны быть скорее однонаправленными, чем действующими в разиных направлениях с целью усиления содействия желательному виду распространения колебаний, и то, чтобы они были приложены непосредственно к стеньке или цементной оболочке скважины, с целью подавления нежелательных интерферирующих колебаний, порождаемых энергией жидкости.Способность работать с любым из колебаний описанных выше видов достигается регулированием полярности и величины электрического тока на входе отдельного трансдукторного элемента. Таким образом, на одном аппарате может быть получен сигнал сжатия, изгиба и кручения.Кроме топо, эти колебания различных видов можно последовательно получать ручным или электронным переключением. Надлежащим переключением виды колебаний можно менять достаточно быстро, с целью, получения непрерывного каротажа в каждом виде колебаний за один проход каротажного прибора через скважину,Предмет изобретения1. Способ акустического каротажа буровых скважин, основыванный на излучении в скважине акустических сигналов, приеме распространившихся колебаний на некотором расстоянии вдоль оси скважины от точки излучения, измерении времени и скорости раопространения акустических сигналов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений и получения заданного типа колебаний, акустические сипналы генерируют одновременно в нескольких точках, расположенных на равном расстоянии друг от друга по периферии скважины и лежащих в одной плоскости, перпендикулярной к оси скважины, а,принимают распространяющийся сигнал также одновременно в нескольких точечках, расположенных на равном дерут от друга, расстоянии в одной плоскости, перпендикулярной оси скважины,2. Способ по и, 1, отличающийс,г тем, что генерируют сигналы, векторы сил которых лежат в одной плоскости, направлены по касательной к стеисе скважины в одну сторону вращения, обеспечивая сдвиговые колебания.3, Способ по и. 1, отличающийся тем, что ге360790 Фаад оставитель Э. Тереховаехред Т. Миронова Редак Грузо орректоры; Е. Сапунов и Е, Михееваказ 607/15 Изд.1859 Тираж 406 ПодписноеЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 огр афи я, п р. Сапунова, 2 нерируют сигналы, векторы сил которых лежат в одной, плоскости и ориентированы в одном и том же линейном направлении, обеспечивая сдвиговые колебания.4. Способ по п, 1, отличающийся тем, что генерируют сигналывекторы сил которых лежат в одной, плоскости и каждый направлен наружу перепендикулярно стеньке скважины, обеспечивая сдвиговые,колебания и колебания сжатия. 5. Способ ао пт. 1, отличающийся там, что генерируют сигналы, векторы сил которых ориентированы в одном налравлении, амарал. лельно оси скважины, обес 1 печивая колебания 5 сжатия. 6. Способ ло нп, 1 - 5, отличающийся тем,что распространившиеся сигналы, принимают в одинаковых дискретных направлениях ориентации, которые характеризуют и излу 10 чаемые сигналы.