Преобразователь для акустического каротажа

Союз СоаетскнхСоцнапнстнческнхРесттубпнк 744407 ЬП ИСАНИЕИЗЬБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(28) Приоритет по делам иэаоретеиий(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ АКУСТИЧЕСКОГО КАРОТАЖА Изобретение относится к области промысло. во-геофизических исследований нефтяных и газовых скважин, а более конкретно, к акустическим излучателям для скважинных приборов аппаратуры акустического каротажа по продольной и поперечной упрутим волнам.Известен акустический преобразователь, который представляет собой цепочку из цилиндрических излучателей (магнитострикционных нли пьеэокерамических), закрепленных на несущем1 О стержне скважинного прибора и электрически соединенных друт с другОм. 1. Диаграмма направленности такого преобразователя представляет собой в дальнем ноле суженный лепесток, направление которого относительно нор 15 мали к стенке скважины в вертикальной плоскости можно изменять методами фазирования или амплитудного распределения. Если ось диаграммы направленности такого преобразовате.ля направлена относительно нормали под критическим углом образования продольной волны, то он будет возбуждать в горной породе продольную упругую волну, скользящую по стенке скважины, если ось диаграммы направлена под 2критическим углом образования поперечной волны, то он возбуждает преимущественно поперечную упругую волну.К недостаткам подобных преобразователей относятся отсутствие направленности в ближнем поле, большая ширина основного лепестка ди. аграммы направленности, трудность получениянизкочастотного излучения в скважинных условиях из-за ограниченных габаритов акустического зонда, при изменении направления изме. няется интенсивность излучения и тд. Указанные недостатки практически не позволяют разработать аппаратуру акустического каротажа по продольным и поперечным волнам на базебесконтактных излучателей.Известен также акустический преобразова. тель, который состоит из цепочки цилиндричес. ких излучателей, закрепленных на несущем стержне скважинного прибора 12,Формирование диаграммы направленности в вертикальной плоскости осушествляется электрическим методом при изменном положении преобразователя относительно оси скважины. Обмотки магнитострикторов соединены после3довательно, поочередно (первая со второй, вторая с третьей и тд.) в противофазе, Индуктив. ность обмотки каждого магнитостриктора вместе с соответствующей зарядной емкостью представляет собой линию задержки для последующего магнитостриктора. Параметры такой линии зависят от величины напряжения на зарядной емкости. Меняя величину этого напряжения,можно добиться частичного расщепления пучкаизлучаемой энергии в вертикальной плоскости(вдоль цепочки излучателей) и раздвинуть этипучки на небольшой угол относительно акустической оси преобразователя,К недостаткам преобразователя можно отнести следующее. Из.за значительного увеличе.ния габаритов невозможно создать подобныйпреобразователь на низких частотах (1 - 10 кГц);и с достаточно узким лепестком диаграммынаправленности, так как в первом случае необходимо увеличивать размеры излучателей,а во втором - их количество, В ближнем поле происходит сильное "размазывание" диаграммы, При изменении направления излученияменяется его интенсивность, что исключает регистрацию амплитудных параметров упругихволн в процессе каротажа,Цель изобретения - получение кругового,низкочастотного, остронаправленного излученияс регулируемой диаграммой направленности.Поставленная цель достигается тем, что рабочие поверхности двух конусообразных излучателей направлены под углом друг к другуи жестко прикреплены к тороидальному сме.сителю акустических сигналов, выполненномуиз однородного материала или в виде камеры,заполненной жидкостью или газом, причемна излучающую поверхность смесителя локаль.но нанесено звуконоглощающее покрытие так,что оно перекрывает выходы из смесителяпрямой энергии от излучателей за пределамирабочих углов индикатриссы направленностиакустического смесителя.На чертеже показан излучатель лосевоесечение) в рабочем положении в скважине.Преобразователь состоит из двух магнитострикционных излучателей 1 и 2, выполненныхв виде усеченных конусов, с обмотками возбуждения 3 и 4, рабочие поверхности которыхнаправлены под углом друг к другу и жесткоприкреплены к тороидальному смесителю 5акустических сигналов, выполненному из однородного материала или в виде камеры, запол.ненной жидкостью или газом, на излучающуюповерхность которого локально нанесено зву.копоглощающее покрытие 6, препятствующеевыходу из смесителя прямой энергии от излучателей, которые, в свою очередь, закрепленыупорными шайбами 7 и гайкой 8 на несущемстержне 9 скважинного прибора. Преобразова 10 15 25 30 40 45 50 55"ч + Кз .= Кз вектор излучения первого излучателя;Кз вектор излучения второго преоб.разователя;- вектор рассеянного излучателя,При фиксированных К и Кз (направления излучений преобразователей по О, Ог и Оз 04) направление Кз рассеянного излучения опредеУ ляется скалярными величинами К, и Кз, кото. рые пропорциональны возбуждающим напряже. ниям на излучателях 1 и 2. Таким образом, при изменении величин возбуждающих напряжений на излучателях направление излучения пре. образователя в вертикальной плоскости скважины изменяется в пределах "окна" в звукогде К,407 4тель обеспечивает круговое излучение акусти.ческой энергии через окно в звукопоглоща.ющем покрытии на стенку скважины 10,Работа преобразователя основана на нелинейном взаимодействии двух акустических полей. Излучатель.1 возбуждает в смесителе 5 акустические колебания с частотой 1 которые распространяются в направлении О,ООз. Излучатель 2 возбуждает в смесителе 5 колебания с частотой 1 которые распространяются в направлении ОзООа под углом А к направлению О, ООз. В результате нелинейного взаимодействю двух потоков акустической энергии возникает рассеянное излучение комбинационной частоты, содержащее сумму и разность частот 1, и 1 з, коротое распространяется в направлении ООз под углом В относительно нормали 00 к стенке скважины, Частоты 1, и 1 з могут быть до.статочно высокими (малые габариты излучате.лей 1 и 2), в то же время их разностная час.тота может составлять единицы килогерц. Для задержки прямой энергии от излучателей 1 и 2 в направлениях 0,00 з и ОзОО на выходе смесителя акустических сигналов установлены экраны 6 из звукопоглощающего материала, Рассеянное излучение в направлении 00, имеет уз.кую диаграмму в плоскости 00,0, которая формируется в акустическом смесителе. Для возбуждения продольной или поперечной упругих волн, распространяющихся в горной породе вдоль стенки скважины, необходимо акустическую энергию от преобразователя направлять под утлом В относительно нормали 00, равным критическому углу образования соответствующей волны. С другой стороны, критический угол образования волны изменяется в зависимости от литологии горной породы, поэтому в процессе каротажа утол В направления излу.чения от преобразователя необходимо изменять, Условие направленности излучения (в вертикальной плоскости) данного преобразователя определяется выражением4407 6Таким образом, преобразователь обеспечи.вает круговое, низкочастотное, остронаправлен.ное излучение с регулируемой диаграммой на.правяенности в вертикальной плоскости, что позволяет поочередно, практически в одной точ.ке разрыва скважины, возбуждать в горной породе как продольную, так и поперечную волны и регистрировать за одну спуско-подъемную операцию кинематические и динамические параметры комплекса упругих волн. Это позволяет повысить геологическую эффективность акустического метода и сократить время на задалживание нефтяных и газовых скважин под геолого-геофизические исследования,поглошающем материале на поверхности смеси. теля 5. При этом интенсивность рассеянного излучения Кз остается постоянной, если осуществляется уменьшение возбуждающего напряжения на одном из излучателей и пропорциональное увеличение возбуждающего напряжения на другом.Преобразователь может работать как в непрерывном режиме, так и в импульсном. Возможна также работа одного нз излучателей в ц 1 непрерывном режиме, а другого - в импульсном. В этом случае излучаемый преобразова.телем сигнал будет импульсно модулированным. Наиболее эффективно данный преобразователь может быть использован в импульсной аппаратуре акустического каротажа по продольной и поперечной упрутим волнам, предназначенной для массовых промыслово. геофизических исследований (акустический зонд центрируется на оси скважины) нефтяных и газовых скважин,.Преобразователь может работать следующим образом. В первом цикле излучается в горную по з роду продольная волна - угол 8 равен критическому углу образования продольной волны, В аппаратуре измеряется скорость продольной волны и определяется критический угол преобразования продольной волны для третьего импульса излучения акустической энергии в горную породу. Во втором цикле в породе возбуждаетсяпоперечная волна - утоп В равен критическому углу образования поперечной волны. В ап.паратуре изменяется скорость этой волны иопределяется критический угол образованияпоперечной волны для четвертого цикла излу.чения и,тд. В соответствии с определяемымивеличинами критических углов в соответству.ющих циклах излучения, начиная с третьего,на излучатели 1 и 2 подаются напряжения, необходимые для поочередного возбуждения вгорной породе продольной и поперечной упрутих волн, В результате аппаратура регистрируетв процессе непрерывного каротажа параметрыобоих типов волн в функции глубины скважины,Формула изобретения 1. Преобразователь для акустического каротажа,включающий систему распределенных излучателей акустической энергии, закрепленных на несущем стержне корпуса скважинного прибора,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюполучения кругового, низкочастотного, остро.направленного излучения с регулируемой диаграммой направленности, в него введен тороидальный смеситель акустических сигналов,а рабочие поверхности двух конусообразныхизлучателей, выполненных с автономными обмотками возбуждения, направлены под угломдруг к другу и жестко прикреплены к торо.идальному смесителю акустических сигналов,выполненному из однородного материала, причем на излучающую поверхность смесителялокально нанесено звукопоглощающее покры.тие так, что оно перекрывает выходы из смесителя прямой энергии от излучателей за пре.делами рабочих углов ицдикатриссы,направлен.ности акустического смесителя.2. Преобразователь по п. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что тороидальный смесительакустических сигналов выполнен в виде каме.ры, заполненной жидкостью или газом.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе:,1. Патент США Мф 3614725, кл. 340 - 17,1971.2. Патент США йф 3496533, кл. 340 - 17,1970 (прототип),744407 Составитель Э, ВолконскийТехред Р. Олиян Ко Редактор И. Нанхина ектор М,Вигула Тираж 649 ЦНИИПИ Государственного комитет по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская на