Пристрій для імпедансного акустичного каротажу

1. Пристрій для імпедансного акустичного каротажу, що містить наземну контрольнореєструючу панель із блоками виміру і реєстрації, каротажний кабель і свердловинний зонд, який містить захисну циліндричну оболонку, високодобротний вібратор поздовжніх коливань, коаксіально розміщений всередині захисної циліндричної оболонки і з'єднаний з останньою за допомогою дискового акустичного трансформатора, внутрішній отвір якого охоплює середину високодобротного вібратора поздовжніх коливань, а також збуджуючий і приймальний акустичні перетворювачі, підключені до блока збудження і перетворення коли C2 2 71678 1 3 71678 4 методу АК існує в дво х модифікаціях. У першій з ний з підсилювачем, а вихід останнього підключених вимір здійснюється при періодичному випроний до блоку виміру часу спаду акустичного поля, мінюванні пружних коливань у навколишній просщо одночасно з'єднаний із синхронізатором. тір, так званий ревербераційний спосіб вимірів. За допомогою зазначеного пристрою досліЙого сутність полягає в збудженні у вн утрішній джують характеристику згасання коливань моди порожнині свердловини хвильового поля фіксова(1.0) уздовж стовбура обсадженої свердловини, ної частоти чи частот. Після закінчення збудження для чого роблять розрахунок резонансної частоти здійснюють прийом хвильового поля і вимірюють з урахуванням внутрішнього діаметра свердловичас його спаду, який залежить від відношення ни. Через те, що мода (1.0) має одну вузлову плохвильових опорів порід, що оточують свердловину, щину, то для її збудження необхідне несиметричне і бурової рідини, у якій знаходяться акустичні пезбудження, що забезпечується несиметричним ретворювачі: Zп/Ζ р. Вимірюваним параметром, як притискним пристроєм. Робота пристрою відбувавідзначено, є час спаду звукового поля від стаціоється у такий спосіб. Імпульс синхронізатора наднарного значення, досягнутого в момент вимиканходить на генератор ударного збудження, частота ня акустичного перетворювача, до фіксованого генерації якого відповідає частоті моди (1.0). рівня, що перевищує рівень шуму. Іншими словаОтриманий прямокутний радіоімпульс подається ми, параметром, що реєструється, і час відходу на підсилювач потужності, а потім через комутатор звукової енергії з локальної області в навколишній на акустичні перетворювачі. Сигнал, що виникає простір, що визначається відношенням Zп/Ζ р. після закінчення імпульсу збудження, подається на Другий спосіб виміру Zп здійснюється при бепідсилювач вхідного сигналу, а потім по каротажзупинному (стаціонарному) випромінюванні пружному кабелю в наземну контрольно-реєструючу них коливань. Очевидно, що при роботі акустичнопанель. Після посилення підсилювачем сигнал го перетворювача у стаціонарному режимі частина подається в блок виміру часу спаду акустичного звукової енергії, що безперервно збуджується в поля. локальній області свердловини, безперервно іде в За результатами вимірів встановлюють коефінавколишній простір. І цей відхід енергії також вицієнти віддзеркалення гірських порід, що оточують значається все тим же відношенням хвильових свердловину, і границі пластів. опорів Zп/Ζр . Реакція на більший чи менший рівень Спосіб і пристрій, описаний у [2], с подальшим відходу звукової енергії з акустичного перетворюрозвитком раніше запропонованого методу. Перш вача в навколишній простір буде виявлятися у ніж перейти до викладу те хнічних особливостей вигляді зменшення чи збільшення добротності даного пристрою, розглянемо отримані результати його коливальної системи за рахунок втрат на витеоретичного аналізу умов відходу енергії пружних промінювання. Зміна добротності при переміщенні коливань із свердловини в навколишні породи [2], акустичного перетворювача уздовж стовбура свещо будуть необхідні для обґрунтування вимог до рдловини і буде вимірюваним параметром. пропонованої апаратури імпедансного АК. У роботі Варто додати, спосіб виміру Zп при стаціонарприведений розрахунок коефіцієнтів прозорості D ному випромінюванні звукового поля вимагає виу залежності користання високодобротної коливальної вимірюD=j( Zп/Ζр; f) вальної системи. При періодичному Методологія розрахунку базується на наступвипромінюванні пружних коливань (ревербераційних положеннях. При збудженні пружних коливань ний спосіб виміру) такі вимоги відсутні. Апаратура, на резонансній моді в циліндричній порожнині общо працює в режимі безупинного випромінювання, садженої свердловини поле зсуву спрямоване по може забезпечити і ревербераційний спосіб вимінормалі в кожній точці граничної поверхні. З урару. Зворотне використання неможливе. хуванням центральної симетрії можна перейти до Аналогами пристрою, що заявляється, є раніспрощеної плоскої моделі, що складається з двох ше запропоновані технічні рішення, описані у висередовищ - бурової рідини і породи, розділених находах на «Способи акустичного каротажу сверплоскими одиночними чи подвійними шарами медловин» [1, 2]. Апаратура першого з них талу і цементу. При фіксованих значеннях відноскладається з зонда, включаючи електронний блок шення хвильових опорів порід до хвильового опозонда і гермовводи, акустичні перетворювачі, що ру рідини Zп/Ζр=1¸9 і частот у діапазоні f=0¸40кГц мають сповільнюючі вставки з оргскла, маслонаприведені графіки коефіцієнтів прозорості, розраповнений кожух з термостійкої пластмаси, несучі ховані: стрижні з кільцями, а також несиметричний прити- на Фіг.1 - для тришарової моделі «бурова ріскний пристрій, каротажного кабелю і наземної дина - цементне кільце - порода» (при одній і тій контрольно-реєструючої панелі. Електронний блок же товщині обсадної колони hk=1см); зонда складається з комутатора, підсилювача вхі- на Фіг.2 - для тришарової моделі «бурова рідного сигналу, підсилювача потужності, генератодина - цементне кільце - порода» (при одній і тій ра ударного збудження. У контрольно-реєструючій же товщині цементного кільця hj=3см); панелі, розміщені: блок виміру часу спаду акустич- на Фіг.3 - для чо тирьохшарової моделі «буного поля, підсилювач і синхронізатор. Акустичні рова рідина - колона - цементне кільце - порода» перетворювачі через комутатор зв'язані з підси(при фіксованій товщині обсадної колони hk=1см, лювачем вхідного сигналу і підсилювачем потуж цементного кільця hj=3см). ності, останній підключений до генератора ударноАналізуючи графік Фіг.1, можна відзначити наго збудження, що за допомогою каротажного ступне: кабелю з'єднаний із синхронізатором. Підсилювач - в області частот, близьких до нуля, вплив ковхідного сигналу через каротажний кабель з'єдналони на коефіцієнт прозорості не позначається; 5 71678 6 - мінімальна прозорість і узгодження для умов свердловини), можна зробити основні висноZп/Ζ р=1 визначається з умови: вки: - істинне значення коефіцієнта прозорості при h l a) Sin2 p = = 1 h = , фіксованих значеннях відношення хвильових опоl 4 рів породи до хвильового опору рідини Zп/Ζр виh l значається на «нульовій частоті» (дане твердженb) Sin2 p = = 0 h = , l 2 ня справедливе і для тришарових моделей); що відповідає частотам f1=140кГц і f2=280кГц - інтервал частот зондування, сприятливий відповідно, які лежать поза діапазоном частот, що для виміру хвильового опору порід з мінімальними використовуються при АК; похибками, знаходиться у діапазоні 0¸3кГц (зі збі- в усьому діапазоні частот, що використовульшенням частоти похибка збільшується); ються в АК, і можливих відношеннях Zп/Ζ р вплив - розрахунковий коефіцієнт прозорості при беколони виявляється в монотонному зниженні коезупинній зміні частоти виражається «лінією полофіцієнта прозорості. ження», однозначно обумовленою відношенням Показано, що збільшення товщини стінки кохвильових опорів Zп/Ζр, геометричними розмірами лони приводить до більш різкого зменшення коешарів (товщиною) і їх пружними характеристиками; фіцієнта прозорості при збільшенні частоти. - виміряні в процесі каротажу на заданій глиВплив цементного кільця на коефіцієнт прозобині значення коефіцієнтів прозорості D1, D2, D3, рості виявляється в більш складній залежності ..., Dn при фіксованих частотах зондуючих сигналів (Фіг.2): f1, f 2, f 3, ..., fn порівнюються з «лініями положення». - частота мінімальної прозорості й узгодження Шляхом порівняння вибирають найкраще наблидля (Zп/Ζр=1) лежить в області частот, що викорисження до однієї з них, що назвемо «опорною». По товуються в АК (f1=25кГц і f2=50кГц); «опорній лінії положення» визначають значення - для порід із хвильовим опором Zп/Ζр=1 коеZп, товщин у стінок обсадної колони і цементного фіцієнт D не залежить від частоти (двошарова кільця; модель); - зазначена процедура може бути алгоритмі- для порід із хвильовим опором ZпZц - роскоефіцієнтами прозорості для ряду частот може те (прояв ефекту просвітлюючого пласту); бути виконаний з використанням мікропроцесорної - в області частот близько 25кГц для порід техніки. Zп>Zц формується зона «прозорості» (коефіцієнт D Технічна реалізація відомого способу АК [2] виявляється більшим, ніж на нульовій частоті), базується на раніше описаному пристрої [1], в електронні схеми якого внесені деякі несуттєві якщо виконується умова Zп = Z ц × Z р , відбувазміни і доповнення. Так, наприклад, розширилися ється повне узгодження. функціональні можливості генератора ударного Розрахунок показує, що при збільшенні товзбудження, він став багаточастотним з можливістю щини цементного кільця зона прозорості для порід попередньої установки ряду фіксованих частот, на Zп>Zц зміщується в бік більш низьких частот, а при яких збуджуються задаючі сигнали. Одночасно зменшенні товщини - в область більш високих часелектронна схема свердловинного зонда додаткотот. во містить програмний блок керування, по команДля чотирьохшарової моделі (Фіг.3), як видно дах якого здійснюється почергове і послідовне з приведеного графіка, загальний характер залежпідключення контурів із заздалегідь установлениності коефіцієнта D від частоти і відношення Zп/Ζр ми параметрами до генератора ударного збузберігається таким же, як і для тришарової моделі дження для збудження радіоімпульсів необхідних з цементним кільцем. В інтервалі частот 9¸15кГц дискретних частот. існує зона «прозорості», де для порід із хвильовим Робота пристрою здійснюється в такий спосіб. опором Zп>Zц спостерігається ріст коефіцієнта D Для дослідження пружних характеристик порід (відносно його значення в області нульових часуздовж стовбура свердловини на частотах неситот), однак повне узгодження не настає. Для відметричних мод циліндричної порожнини 1.0; 2.0; ношення хвильових опорів Zп