Способ акустического каротажа

Всс;:",-,;., -,;ВМен .;,:, ,О П И С А НМ"Е"ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советскнк Сфцналнстнческни Республик(23) Приоритет С 01 Ч 1/40 Государственный комитет СССР но делам изобретений и .открытий(54) СПОСОБ АКУСТИЧЕСКОГО КАРОТАЖА Изобретение относится к способам проведения измерений при акустическом каротаже необсаженных скважин.Известны способы импульсного акустического каротажа по продольной и поперечной головным волнам 1 Ц 2), при реализации которых для преимущественного возбуждения продольных и поперечной волн используют направленное фокусированное излучение и на правленный прием ультразвуковой энергии в скважине.Эти способы не позволяют практически одновременно и достаточно точно. регистрировать параметры обоих 15 волн, так как коэффициенты образования (головления) продольной и поперечной волн, а следовательно, и угол направленности излучения (приема) акустической энергии зависят от типа горной породы, пересекаемой скважиной, и непрерывно изменяются в процессе каротажа. В качестве прототипа изобретения выбран способ акустического каротажа. 3), основанный на направленном возбуждении в скважине ультразвуковых колебаний и регистрации параметров продольной и поперечной волн. Способ предполагает формирование узкой диаграммы направленности от излучателя, состоящего из нескольких распределенных преобразователей.угол наклона основного лепестка диаграммы относительно нормали к стенке скважины тки выбирается в начале каротажа равным критическому углу образования упругих волн р р, характерному для данного геологйческого разреза. Наибольшая точность регистрации параметров волн будет в момент:( и э л Ч крОднако угол образования упругих волн(р изменяется в процессе каротажа в зависимости от литологии разреза. Поэтому точность регистрации параметров упругих волн при Рр, недостаточна (особенно для поперечной волны).Целью изобретения является повышение точности измерения кинематических и динамических параметров волн в процессе непрерывного направленного акустического каротажа.Цель достигается тем, что регистрацию волн осуществляют через каждые два цикла возбуждения колебаний, при этом измеряют интервальное время распространения соответствующей волны в предыдущих циклах, определяют по нему угол образования волны н породе и в последующих циклах осуществляют направленное возбуждение под углом относительно нормали к стенке скважины определяемом выражениемС ЬйеФб,=агсйпбгде С - постоянная характеризирующая скорость распространения упругой вол ны в буровом растворе; Я - постоянная характеризирующая размеры измерительной базы зонда;Ьер - интервальное время соответственно поперечной и продольной волн. 15Суть способа заключается в следующем.В процессе импульсного непрерывного каротажа с помощью трехэлементного скважинного прибора структуры 20 И 1 И 2 П 1 или И 1 П 1 П 2 эа первые два цикла излучения акустической энергии выделяют из полного сигнала на приемнике продольную волну, например, по амплитудному признаку, измеряют время ее распространения (интервальное время) по горной породе и запоминают его на аналоговом или цифровом накопителе информации для использования в 5-м и б-м циклах излучения, В 3-м и 4-м циклах излучения акустической энергии выделяют из полного сигнала поперечную волну, например, по амплитудному или частотному признаку, измеряют время ее распространения (интервальное время) и запоми"нают его для использования в 7-м и 8-м циклах излучения упругого импульса в скважине.В 5-м и б-м циклах формируют узкую диаграмму направленности излуча телей и приемников, излучают акустическую энергию под углом относительно нормали к поверхности скважины, равным критическому углу для образования продольной волны. Этот УГол 45 определяют на основании скорости этой волны, измеренной в 1-м и 2-м циклах излучения. Принимают сигнал под выбранным критическим углом; измеряют скорость пРодольной волны (интерваль ное время) и запоминают ее для формирования угла излучения и приема акустической энергии в 9-м и 10-м циклах.В 7-м и 8-м циклах формируют узкую диаграмму направленности преобра 55 зователей и излучают акустическую энергию под углом, равным критическому для образования, поперечной волны, который определяют по скорости этой волны, измеренной в 3-м и 4-м б 0 циклах, Принимают сигнал под критическим углом, измеряют скорость (интервальное время) поперечной волны и запоминают ее для формирования угла направленности преобразователейв 11-м и 12-м циклах излучения и регистрацииупругого импульса, Далее в 9-м и 10-м циклах происходит преимущественное возбуждение и регистрация параметров продольной волны; в 11-м и 12-м - преимущественное возбуждение и регистрация параметров поперечной волны и т.д. в процессе всего непрерывного каротажа скважины.В импульсном акустическом каротаже частота излучений упругого импульса в скважине составляет 8-15 Гц, наиболее оптимальное расстояние между излучателями или приемниками (база измерения) 50 см. При скорости каротажа 1000 м/ч точки регистрации полного сигнала отстоят друг от друга по разрезу скважины на 2,0-2,5 см. Это расстояние в 20 раз меньше базы измерения, поэтому считается, что измерение интервального времени и времени затухания упругих волн (два канала регистрации времени распространения и амплитуды) при движении скважинного прибора производится в одной точке.При поочередном возбуждении и регистрации параметров продольной и поперечной волн предложенным способом средние точки записи компенсационного параметра будУт отстоять одна от другой на расстоянии в 2 раза большем, чем при обычном каротаже. Поэтому на указанной базе измерения с достаточной точностью можно считать, что возбуждение и регистрация продольной и поперечной волн также производится в одной точке разреза скважины. Это условие будет выполняться еще более точно при снижении скорости каротажа и понышении частоты посылок (циклов) упругих импульсон в скважину.В акустическом каротаже по интенсивности продольной и поперечной волн в полном сигнале можно судить о коэффициентах их образования (голонления). Для поперечной волны Р 1 611 Я ) (у у )1)Р 2е 2 Р 1) Р 1 1 Р 2 521 для продольной нолны:г 2 2 320 Ъг Р 2 Ъ 1 где Р/(2 )- плотность буровой жидкости; р 2 - плотность горной породы Чр 1 - скорость продольной волНЫ В буРОВОЙ ЖИДКОСти; Чр 2, ЧЭ 2 - скорость продольной и поперечной волн в горной породе.Теоретические зависимости (1), (2 ) хорошо согласуются с экспериментом и показывают, что коэффициенты образования продольной и поперечной волн занисят от скорости упругих волнв подстилающей и покрывающей средах (буровая жидкость - горная порода).Известно, что амплитуда головной волны определяется функцией интенсивности и направленности источника колеба.ний (приемника), функцией расхождения и фокусировки (для цилиндрической 5 ,скважины), а также функцией, описывающей форму колебаний в падающей волне. Учитывая то, что при каротаже предлагаемым способом упругие колебания возбуждаются и принимаются одними и 10 теми же.преобразователями, ориентированными соответственно под критическим углом образования для продольной волны или критическим углом образования для поперечной волны, перечисленные функции будут одинаковыми для обеих волн, а амплитуды волн будут .зависеть лишь от угла направленности сфокусированного излучения (приема) акустической энергии. С учетом выражений (1) и (2) для коэффициентов образования максимальная амплитуда продольной волны (преимущественное возбуждение) будет наблюдать ся при фокусировании ультразвуковой энергии под углом:259,),=агсЫп - .(3)Р 2Максимальная амплитуда поперечной волны при Фокусировании энергии под угУр(4)р=атсВ 4 пб 2Принимая, что скорость продольной волны в буровой жидкости постоянна по всей глубине скважины, получаем:С (5). =аесЫпУВргде С - постоянная.Полученная зависимость связывает угол излучения ддэл (прибма) акустической энергии только с одной переменной - со скоростью волны по горной породе, преимущественное возбуж 45 дение (прием) который необходимоосуществить. Согласно способу, проводят непрерывное измерение скоростей продольной и поперечной волн и изменяют угол направленности излучателей (приемников) в зависимости от литологии разреза скважины. Изменение этого узла зависит от скоростей волн, измеренных в предыдущих циклах излучения (приема) упругого импульса. 55 С учетом того, что средние точкизаписи компенсационных параметров одного типа волны при скорости каротажа 10000 м/ч сдвинуты по разрезу на 9 см, с достаточной степенью точности можно считать, что угол излучения (приема) будет равен критическим углам образования волн в горной породе.Это условие будет выполняться еще более точно при уменьшении скорости каротажа и увеличении частоты излучений упругого импульса в скважине.Таким образом, используют выражение (5) и значения измеренных скоростей волны, можно в зависимости от типов горных пород в процессе непрерывного акустического каротажа поочередно возбуждать преимущественно продольную или поперечную волну.Повышение надежности выделения продольной и поперечной волн из полного сигнала акустического каротажа и более точная регистрация их параметров объясняется следующим. Из выражений (1), (2) следует, что фокусирование акустического излучения (приема) с узкой диаграммой направленности под углом, равным критическому для образования выбранного типа волны, например, продольной, эквивалентно акустическому коэффициенту усиления данной волны К=1. В этом случае для другого типа волны, а также для всех волн-помех, образованныхэтой волной, например волн-спутников,дифрагированных, рефрагированных,обменно-отраженных и обменно-преломленных, акустический коэффициентусиления Ко сс 1, В данном случае это приводит к тому, что амплитуда продольной волны максимальна и надежность ее выделения и точность измерения параметров увеличиваются. В случае Фокусировки излучения (приема) под углом, равным критическому,для образования поперечной волны К , =1, а К сс 1. Это пРиводит к тому, что в полном сигнале акустического каротажа практически подавляется продольная волна и все связанные с ней волны-помехи и их эоны интерференции с поперечной волной. Надежность выделения поперечной волны увеличивается, а точность регистрации ее параметров приближается к точности регистрации параметров продольной волны. Однако, в первых циклах (1-4) излучений упругого импульса необязательна большая надежность выделения и высокая точность измерения скоростей продольной и поперечной волн. Это объясняется тем, что данным способом работает самонастраивающаяся акустическая система с экстремальным регулированием, которая характеризуется повышенной точностью управления при неполной априорной информации. Недостающая информация, в данном случае - значение критических углов образования обоих типов волн, пополняется в процессе работы самой системы путем дискретных измерений скоростей этих волн в горной породе и воздействия на процесс управления - ориентирование диаграммы направленности излучателей (приемников) в скважинном приборе, Так, первое измерение скорости продольной волны (циклы 1 и 2) позволит сформи656011 Формула изобретения 2. Патент США 93614725,35 кл. 181-5, 1971. 3. Патент США 93496533, кл. 181-5, 1970. Составитель Э.ТереховаРедактОр Т.Орловская Техред Л,АлФерова Корректор М.Ряшко Заказ 1512/37 Тираж 696 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП Патент г.ужгород, ул.Проектная,4 ровать диаграмму направленности излучателей (приемников) под углом, близким к критическому углу ее образования, При втором измерении произойдет частичное преимущественное возбуждение продольной волны, амплитуда ее увеличится (К й 1) и, следователь.но, надежность ее выделения и точность регистрации скорости повысятся Это приведет к более точной настройке угла направленности преобразователей на критический угол обраэования волны и т.Й. до тех пор, пока угол излучениярц станет равным Чр,р а Кдц =1. При первом (ненаправленное излучение) измерении скорости поперечной волны произойдет настройка направленности излучения (приема) на угол фаз ( . Это, в свою очередь, приведет к частичному подавлению продольной волны и ее волн-помех, что позволит более точно измерить и, следовательно, более точно скорректировать(яэ в последующих циклах и т.д , до тех пор,покаЧд -9КИЗЛ КР 3 1 Щ.з Кд 4 1. В результате точность йзмерения кинематических и динамических параметров поперечной волны будет равна точности измерения аналогичных параметров продольной волны.Увеличение точности измерения комплекса указанных параметров этих волн позволит выделить сложные коллекторы с трещиноватой, кавериозной и смешанной пористостью, а комплекса кинематических параметров - увеличить точность определения пористости коллектора, определить структуру порогового пространства коллектора и теде Способ акустического каротажа,основанный на направленном возбуждении в скважине ультразвуковых колебаний и регистрацию параметров продоль ной и поперечной волн, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности регистрации кинематических и динамических параметровволн, регистрацию волн осуществляют 10 через каждые два цикла возбужденияколебаний, при этом измеряют интервальное время распространения соответствующей волны в предыдущих циклах, определяют по нему угол образо-. )8 вания волны в породе и в последующихциклах осуществляют направленноевозбуждение под углом относительнонормали к стенке скважины, определяемом выражением.С ьбР 20огсз иб бгде С - постоянная, характеризующаяскорость распространения упругойволны в буровом растворе;Я - постоянная, характеризующаяразмеры измерительной базы зонда;Ьэр - интервальное время соответственно поперечной и продольной волн. Источники инФормации, принятые вовнимание при экспертизе1. Патент США 93496533,кл. 181-5, 1970.