Способ определения акустических параметров горных пород

(72) Б.Е. ВеИ, Ищенк осян ле Л.КуэГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ Н.Л. Дорфман, В. о, О.нецов и Л.Г. Петр(56) Методические рекомендации поинтерпретации материалов широкополосного акустического каротажа АКН М,: ОНТИ ВНИИЯГГ, 980, с. 3-5,Ивакин Б.Н., Карус Е.В., Кузнецов О,Л. Акустический метод исследования скважин. М,: Недра, 973,с. 160,(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АКУСТИЧЕСКИХПАРАМЕТРОВ ГОРНЫХ ПОРОД(57) Изобретение относится к областигеофизических исследований нгобсаженных и обсаженных скважин и можетбыть использовано при определенииакустических свойств горных породв массиве. Способ включает излучениеи прием акустических сигналов на,фиксированных расстояниях от излучателя при непрерывном его перемещениив скважине, амплитудно-временноеквантование принятых сигналов, регистрацию результатов на магнитной 80126 Д ленте. Для повышения оперативностии точности акустических свойств горных пород шаг амплитудно-временногоквантования и регистрации сигналовпо глубине скважины выбирают максимальным, но не более 0,25 Т/3 ( С),где Т - период излучаемого сигнала;3(ЬС) - максимально возможная разница удельных времен распространенияупругих волн на границах пластов винтервале измерений, в начальнойточке интервала измерений отображаютакустический сигнал в амплитудновременных координатах, определяютвременные координаты одного или двухэкстремумов для основных типов упругих волн, определяют периоды этихволн и задают координаты временныхинтервалов, середины которых совпадают с временными координатами экстремумов, а ширина - с периодамиупругих волн, во время движенияизлучателя к следующей точке по амплитудно-временным координатам экстремумов вычисляют акустические параметры упругих волн и результатывычислений регистрируют, на следующей точке временные координаты экстремумов волн определяют во временныхинтервалах, заданных на предыдущейточке, и определяют последующие временные интервалы.ил.Изобретение относится к геофизическим исследованиям необсаженных и обсаженных скважин и может быть использовано при определении акустических свойств горных пород в массиве.Целью изобретения является повышение оперативности и точности определения акустических свойств горных1 О 0,25 Т ОСА-ьС 350,25 ТД 111 С д Сь Для заданного интервала измерений в скважине максимально допустимый шаг регистрации акустических сигналов по глубине определяют иэ выраже ния ДЬ д =0,25 Т/(ДС) (2) где 3( ДС) - максимально возможнаяразница удельных временна границах пластов в интервале измерений.За счет определения экстремумов упругих волн в ограниченных временных интервалах объем цифровой информации в каждой точке измерений сокраща ется примерно в 5 раз, что создает по отношению к известному способу резерв для уменьшения шага временного квантования сигналов до 0,01 Т, обеспечивающего уменьшение фазовых пог решностей определения кинематических акустических параметров до 13 (при шаге 5 мкс погрешность составляет пород.Временные координаты экстремумов продольных, поперечных волн и волн Лэмба (С) при пересечении границы пласта зависят от фиксированного рас 15 стояния между точками приема и излучения (1) и от скоростей упругих волн вьппе и ниже границы, т.е, от соответствующих этим скоростям удельных времен дСп и д С . Интервал изменения20от С до С в пределах границы пласта равен 1. Для того, чтобы вре менная координата экстремума упругой волны при перемещении излучателя от точки к точке (д Й) в пределах границы пласта не изменялась более, чем на 0,25 периода волны (Т), что является необходимым и достаточным условием для оперативного определения координат экстремума во временном интервале, заданном на предыдущей точке, шаг регистрации акустического сигнала по глубине определяют иэ вы-. ражения 4-57). За счет выбора оптимального шага регистрации, обеспечивающего указанную вьше воэможность определения экстремумов в ограниченных временных интервалах, сокращается также объем цифровой информации на единицу глубины, что дает воэможность осуществлять оперативное определение акустических параметров упругих волн при перемещении прибора, осуществляющего излучение и прием акустических сигналов между .соседними точками измерений и регистрировать результаты вычислений на магнитных и/или бумажных носителях.На чертеже графически показан принимаемый полный акустический сигнал.Определение акустических параметров горных пород по данному способу осуществляется следующим образом.В процессе спуска прибора, осуществляющего излучение и прием акустического сигнала, на начальную точку интервала измерений определяют максимально возможную разницу удельных времен распространения упругих волн на границах пластов в интервале измерений 3(ДС)=1 ЬС-пС 1. Исходя иэ величины й(ДС) и величины периода излучаемого сигнала Т выбирают максимальный из возможных по существующей технологии скважинных измерений шагов регистрации по глубине (5, 10, 15, 20, , 00 см), но не превышающих величины ДЙшд=0,25 Т/3(ДС). Например, при частоте излучаемого сигнала 9,8 кГц (Т=102 мкс) и Р(дС)= =120 мкс/м Д Ь, =0,21 м. Поэтому шаг регистрации выбирают равным 20 см. Шаг временного квантования выбирают исходя иэ требуемой точности определения кинематических параметров упругих волн с учетом имеющегося набора технически реализуемых времен аналого-цифрового преобразования (0,5; 1; 2; 3; 4; 5; 10 мкс). Например, при требуемой точности 17 шаг временного квантования не должен превьппать величины 0,01 фТ, т.е, в рассматриваемом примере должен быть равным 1 мкс. В начальной точке измерений Ь регистрируют полный акус тический сигнал ввиде цифрового массива (чертеж:), О помощью устройства отображения, например дисплея, этот цифровой массив в виде волновой картины виэуалиэируют. На иэображении1267325 51015 20 25 30 зволновой картины задают временныекоординаты экстремумов для упругихволн различных типов: продольной(Ср, А), поперечной (Сэз, А ), иволны Лэмба (СЭ 1, А), . Гогрегностьзадания временных координат экстремумов при выбранном согласно данномуспособу шаге регистрации по глубинеможет быть уменьшена до .7. (на чертеже показан шаг временного квантования, равный 0,05 Т). После того, какзаданы временные координаты экстремумов для продольной, поперечной илэмбовской волн, задают начальные иконечные точки временных интерваловдля поиска координат экстремумов упругих волн в следующей точке измерений Ь=Ь+Й 1:(СяСЧр ) э( н 6к 5 2(С к, к )2С учетом того, что шаг регистрациипо глубине 11 Й, выбранный согласноданному способу, гарантирует фазовыйсдвиг сигнала не более чем на 0,25периода излучаемого сигнала, ширинавременного интервала выбирается равной величине видимого периода (всег"да превышающего период излучаемогосигнала), причем середина интервалавыбирается совпадающей с точкой экстремума. При этом гарантируется попадание экстремума в следующей точкеизмерений в задаваемый таким образомвременной интервал. Например, есливременные координаты экстремумов дляпродольной, поперечной и лэмбовскойволн по одному из каналов прибораоказались равными С =827, Сэ =1634,С =3549 мкс, а видимые периоды колебаний соответственно Т =11, Тз=168, Т =244 мкс, интервалы для поиска экстремумов в следующей точке измерений выбирают для продольной волни С =772 мкс, С =882 мкс, для поперечной волны Ск =550 мкс,=1718 мкс, для волны Лэмба Ся, ==3427 мкс, С=3671 мкс. Во времяцвижения прибора к следующей точкеизмерений автоматически, например, спомощью универсальной микроЭВИ илиспециализированного микропроцессорапо амплитудно-временным координатамэкстремумов вычисляются акустическиепараметры упругих волн (удельные времена, скорости распространения, коэффициенты затухания и др,), Результаты вычислений регистрируются, например, с помощью накопителя на магнитной ленте или портативного печатающего устройства. При достижении прибором следующей точки измерений автоматически производится амплитудно-временное квантование акустического сигнала, цифровая регистрация полного акустического сигнала и определение временных координат экстремумов упругих волн во временных интервалах, заданных на предыдущей точке, затем в процессе движения и очередной точке определяются новые временные интервалы для поиска экстремумов, вычисляются и регистрируются акустические параметры и т.д. В результате формируются магиигный и/или бумажный носитель с зарегистрированными цифровыми значениями акустических параметров горных пород в интервале по разрезу скважины. Данный способ определения акустических свойств горных пород в силуразличных технических причин (срывысинхронизации и т.п.) не всегда может быть реализован на скважине. Сцелью повьппения оперативности определения акустических свойств горныхпород возможно применение данногоспособа в модификации, ориентированной на определение акустическихсвойств горных пород по замерам полных акустических сигналов в цифровомвиде. При определении акустическихсвойств горных пород данным способомпо замерам полных акустических сигналов в цифровом виде, в случае фазового сдвига акустического сигналаочередного замера по отношению к предьдущему замеру на величину, превышающую 0,5 периода колебаний (срыв 40 синхронизации), виализируют акустический сигнал очередного замера вцифровом виде, определяют. новые временные координаты одного или двухэкстремумов для основных типов упру гих волн, определяют периоды этихволн и задают новые координаты временных интервалов, середины которыхсовпадают с временными координатамиэкстремумов, а ширина - с периодами 50 упРугих волн, и продолжают определение акустических свойств горных пород согласно данному способу.Необходимость визуализации акчстического сигнала очередного замера 55в случае фазового сдвига сигнала поотношению к предыдущему замеру навеличину, превьппающую 0,5 периода .колебаний, обусловлена тем, что вэтом случае эастремумы упругих волночередного замера не попадают во временные интервалы, границы которых установлены при определении акустических параметров упругих волн предыдушего замера, Практика показывает, что такие ситуации возникают не чаще 2-3 раз на 100 м разреза и поэтому оперативность определения акустических свойств горных пород по замерам полного акустического сигнала неэна О чительно ниже, чем при реализации предлагаемого способа непосредственно в процессе измерений в скважине. Точность определения акустических свойств горних пород по замерам опре деляется условиями проведения измерений и в случае, когда измерения выполнены при ограничениях на шаг регистрации по глубине, укаэанных в Данном способе, эта точность не ниже 2 О точности определения акустических свойств горных пород в процессе измерений на скважине.Таким образом, применение предлагаемого способа обеспечивает более "5точное и оперативное определение акустических свойств горных пород по сравнению с известнь 1 м способом, что позволяет проводить определение физико-механических и коллекторских 30 свойств горных пород непосредственно в процессе измерений на скважине с любыми приборами акустического каротажа либо по замерам полного акустического сигнала. 35Использование предлагаемого способа обеспечивает сокращение времени определения акустических параметров горных пород для 100 м разреза с 1-2 дн до 10-15 мин; уменьшение по грешности определения кинематических параметров упругих волн с 4-5 до 17 и связанное с этим повышение точности определения физико-механических и коллекторных свойств горных пород 45 и их насыщенности; оперативное и точное определение физико-механических и коллекторских свойств горных пород непосредственно в процессе измерений; исключение затрат машинного вре мени и использования ЭВМ типа ЕС и СМ на вычислительных центрах; повышение производительности установок, осуществляющих получение и регистра-, цию акустической информации по раз резу, что приводит к снижению затрат на задалживание скважин, обеспечение безаварийного бурения глубоких скважин за счет оперативности определенияфизико-механических свойств горныхпород с помощью предлагаемого способа,П р и м е р , На скважине в интервале от 3184 до 3284 м проводят определение акустических свойств горныхпород известньм и предлагаемым способами. В обоих случаях используют аппаратуру АКНи "ПластП", Во втором случае дополнительно используютмикроЭВМ "Электроника", дисплей ипечатающее устройство. При определении акустических свойств горных породизвестным способом перемещение прибора, осуществляющего излучение акустических сигналов с частотойц=8,5 кГц и их прием, проводят со скоростью 720 м/ч; шаг регистрации поглубине выбирают равным 1111=0,25 м,шаг временного квантования - 5 мкс.На следующий день после проведенияизмерений на скважине магнитную ленту с замерами полного акустическогосигнала обрабатывают на ЭВМ ЕС в течение 3 ч, Определяют акустические параметры горных пород: Ь ,Ь ЧЧвв, и, а также параметры К, К,г характеризующие коллекторские свойства горных пород,Интерпретация результатов вычислений и данные геофизических исследований того же интервала скважины другими методами показывают наличиепластов карбонатных осадочных породс,большими скоростями распространения продольных волн (малыми удельными временами), Для таких пород присредней погрешности определения интервальных времен распространенияволны 5 мкс (1 шаг временного квантования) соответствующая относительная погрешность определения удельного времени расгространения и следовательно, других акустических параметров в низкопористых пластах составляет "3-4 Х.При определении акустическихсвойств горных пород данным способом в процессе спуска скважинногоприбора определяют максимальную разность удельных времен распространенияпродольных волн на границах пластовв указанном интервале измерений3 дС)=130 мкс/с. Затем определяютвеличину0,25 " 0,25фф" Г 617 8,510 Гц 130 10 м325 10 7 126Шаг регистрации по глубине ь Ь=0,2 м.Скорость перемещения скважинного прибора 720 м/ч. Шаг временного квантования 2 мкс. В начальной точке измерений на глубине 3284 м акустическийсигнал регистрируют и визуализируютс помощью дисплея. На изображенииволновой картины определяют времен-ные координаты экстремумов упругихволн и видимые периоды этих волн.По 1-му каналу: С, =602 мкс,С , =714 мкс, Тр=С р -С р, =112 мкс;01 С 236 мксф=126 мкс.По 2-му каналу: Ср 1 =768 мкс, 5С = 882 мкс, Тр Ср Ср =1 14 мкс;С, =146 мкс, С =1542 мкс, Т 5=-Сз, =126 мкс.зт зЭти значения вводят в микроЭВМ,после чего скважинный прибор приво Одят в движенйе и выполняют измеренияв указанном интервале глубин. Времяперемещения прибора между соседнимиточками измерений (0,2 м) при скорости 720 м/ч - 1 с. За это время 25автоматически с помощью микроЭВМопределяют временные интервалы дляпоиска экстремумов упругих волн, определяют амплитудно-временные координаты экстремумов и по этим данным ЗОвычисляют акустические параметргорных пород аС , ЙС , Ч , Чз,ф(,юб,а также параметры 1 я,характеризующие коллекторские свойства горных пород. Результаты регистрируют на магнитной ленте и на бу.маге в цифровом виде. Общее времяопределения акустических свойств горных пород в указанном интервале глубин 12 мии. Погрешность определения 4 Оинтервальных времен 2 мкс. Соответствующая относительная погрешностьопределения акустических параметровво всем интервале глубин - не ниже1-1, 57. 45Таким образом, предлагаемый способпо сравнению с известным повышаетточность определения акустическихсвойств горных пород более, чем в 2 раза, а также повышает оперативностьпримерно в 50 раз формула изобретения Способ определения акустическихпараметров горных пород, включающийизлучение и прием акустических сигналов на фиксированных расстоянияхот излучателя при непрерывном егоперемещении в скважине, амплитудновременное квантование принятых сигналов, регистрацию результатов намагнитной ленте и определение акустических свойств горных пород в массиве, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения оперативностии точности определения акустическихсвойств горных пород, шаг амплитудно-временного квантования и регистрации сигналов по глубине скважины выбирают максимальным, но не более0,25 Т/Я(дС),где Т - период излучаемого сигнала;0(61 - максимально возможная разница удельных времен распространенияупругих волн на границах пластов винтервале измерений,в начальной точке интервала измерений отображают акустический сигналв амплитудно-временных координатах,определяют временные координаты одного или двух экстремумов для основных типов упругих волн, определяютпериоды этих волн и задают координаты временных интервалов, серединыкоторых совпадают с временными координатами экстремумов, а ширина - спериодами упругих волн, во времядвижения излучателя к следующей точке по амплитудно-временным координатам экстремумов вычисляют акустические параметры упругих волн и результаты вычислений регистрируют, наследующей точке временные координатыэкстремумов волн определяют во временных интервалах, заданных на предыдущей точке, и определяют последующие временные интервалы.12 б 7325 Составитель Н. ЖуравлевПовкан Техред М.Ходанич Редакто рректор Е, Ро Заказ 69/3 Тираж 728ВНИИПИ Государственногопо делам изобретений13035, Москва, Ж, Ра Производственно-полиграфическое Подпискомитета СССРи открытийнская наб., д. 4/5 дприятие, г. Ужгород, ул, Проектн