Способ коротажа скважин акустическим зондом и аппаратура для его осуществления

 

1. Способ каротажа скважин акустическим зондом, включающий импульсное возбуяздение упругих колебаний излучателем зонда, прием с помощью приемника зонда, преобразование в электрический сигнал и определение параметров упругих колебаний после их прохождения через исследуемые участки стенок скважины, о т л и - чающийся тем, что, с целью расширения диапазона исследуемых пород , до опускания зонда в скважину его помещают в заполненную жидкостью емкость, при этом зазор между зондом и стенками емкости превышает максимальный диаметр скважины, импульсно возбуждают излучатель зонда, принимают и преобразовывают в электрический сигнал с помощью приемника зонда паразитные колебания, пришедпше от излучателя по корпусу зонда, записи вают этот сигнал в память, а из сигналов, получаемых при прохождении зонда в скважине, в каждом цикле повременно вычитают записанный в памяти сигнал от паразитных колебаний, измерение же параметров упругих колебаний производят по полученному раэ ностному сигналу. Од СС N9

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

° HIII

РЕСПУБЛИК

4 (51) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTMA (21) 3491167/24-25 (22) 16.09.82 (46) 23.06.85. Бюп. У 23 (72) А. К. Мельцер, П. А. Зельцман и П. Д. Резник (71) Опытно-конструкторское бюро геофизического приборостроения Объединения "Укргеофизика" (53) 553.83(088.8) (56) 1. Померанц Л. И., Бондаренко М. Т., Гулин 10. А., Козар В. Ф.

Геофизические методы исследования нефтяных и газовых скважин. М., "Недра", 1.981 с. 160-186.

2. Патент США.R - 4131875, кл. G 01 V 1/210, опублик. 1980. (54) СПОСОБ КАРОТАЖА СКВАЖИН АКУСТИ»

ЧЕСКИМ ЗОНДОМ И АППАРАТУРА ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) 1. Способ каротажа скважин акустическим зондом, включающий импульсное возбуждение упругих колеба- . ний излучателем зонда, прием с помощью приемника зонда, преобразование

„„SU„„116 294 А в электрический сигнал и определение параметров упругих колебаний после их прохождения через исследуемые участки стенок скважины, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью расширения диапазона исследуемых пород, до опускания зонда в скважину его помещают в заполненную жидкостью емкость, при этом зазор между зондом и стенками емкости превьпнает максимальный диаметр скважины, импульсно возбуждают излучатель зонда, принимают и преобразовывакт в электрический сигнал с помощью приемника зонда паразитные колебания, пришедшие от излучателя по корпусу зонда, эаписьг вают этот сигнал в память, а иэ сигналов, получаемых при прохождении зонда в скважине, в каждом цикле повременно вычитают записанный в памяти сигнал от параэитных колебаний, измерение же параметров упругих коле баний производят по полученному раз костному сигналу.

1)

2. Аппаратура для каротажа скважин акустическим зондом, содержащая скважинный снаряд с электронным блоком и акустическим зондом, имеющим излучатель и приемник упругих колебаний, и соединенный со скважинным снарядом каротажным кабелем наземный пульт с устройством управления и синхрони зации, аналого-цифровым преобразова. телем, оперативным запоминающим устройством и аналоговым измерителем при этом входы устройства управления и синхронизации и аналого-цифрового преобразователя подсоединены к каротажному кабелю, а второй вход аналого-цифрового преобразователя соеди- нен с выходом устройства управления и синхронизации, о т л и ч а ющ а я с я тем, что в наземный пульт аппаратуры дополнительно введены счетчик реального времени, перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство, схема вычитания кодов и цифроаналоговый преобраэова63294 тель, причем выход аналого-цифрового преобразователя через коммутационный элемент связан с информационными входами перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства и одним из входов схемы вычитания кодов, выход перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства под-, ключен к второму входу схемы вычитания кодов, выход схемы вычитания кодов соединен с входом цифроаналогового преобразователя и информационными входами оперативного эапоминао щего устройства, адресные входы перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства и оперативного запоминающего устройства подключе ны к выходу счетчика реального времени, вход которого подключен к вы1 ходу устройства управления и синхронизации, .выход цифроаналогового преобразователя подключен к . входу аналогового измерителя.

Изобретение относится к промыслово-геофизическим исследованиям скважин акустическими методами.

Известен способ каротажа скважин акустическим зондом, при котором возбуждают в скважине упругие колебания и, после прохождения этих колебаний по участкам пород, образующими стенки скважины, принимают эти колебания и преобразовывают в соответствую" 10 щий электрический информационный сигнал - пакет электрических колебаний, временные и амплитудные характеристики и частотный спектр которого зависят от физических свойств пересекаемых сква- 15 жиной нород. По принятому сигналу определяют кинематические и динамические параметры распространякицихся по породе упругих колебаний и соответственно характеристики пересекаемых 20 скважиной пород.

В аппаратуре, реализующей этот способ, возбуждение, прием и преобразование упругих колебаний осуществляется с помощью электроакустичес- 25 ких преобразователей (соответственно излучателей и приемников), яв ляющихся основными функциональными элементами акустического зонда, а оценка параметров. сигнала осуществляется с помощью наземного аналого-. вого измерительного устройства fl ).

Недостатком способа является невы» сокая достоверность получаемой информации в связи с влиянием искажающих факторов, например шумов от движения зонда, нарушения центрирования, каверноэности и др.

»

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ согласно которому с помощью излуча теля возбуждают упругие колебания а после прохождения колебаний по . участку стенок скважины прижимают их приемником и преобразовывают в электрический информационный сигнал. Затем по этому сигналу непосредственно в процессе каротажа с помощью аналого.вого измерителя определяют кинематические и динамические параметры уп. ругих колебаний и регистрируют зависимости этих параметров от глубины в виде аналоговых кривых в качестве экспресс-информации. Одновременно

1163294 информационный сигнал оцифровывают с помощью быстродействующего аналого-цифрового преобразователя, запуск которого осуществляется устройством управления и синхронизации. С выхода аналого-цифрового преобразователя сигнал в виде последовательного ряда двоично-кодированных отсчетов поступает непосредственно или после промежуточной цифровой магнитной запи- 10 си на специализированный процессор или ЭВМ, где он подвергается обработ" ке по специальной программе, обеспечивающей уменьшение влияния искажающих факторов, обусловленных условиями измерений в скважине. Полученная в результате обработки информация является более достоверной и может быть использована для выдачи окончательного заключения о характеристиках пересекаемых скважиной пород P2).

Недостаток известного способа обусловлен тем обстоятельством, что при его использовании сохраняются искажения полезного информационного сигнала, связанные с частичным прохождением возбужденных излучателем колебаний, не только в окружающей зонд среде, но и непосредственно по конструкции самого зонда на участке между излучателем и приемником. Параэитный сигнал от этих колебаний, накладываясь на полезный информативный сигнал, вносит суще35 ственные погрешности в результаты измерений, особенно в породах с низкими скоростями распространения упругих колебаний, когда имеет место относительно большая задержка време- — 40 ни прихода несущих информацию упругих колебаний по отношению к более раннему и потому ошибочно фиксируемому в качестве полезного паразитному сигналу по конструкции зонда. Этим самым ограничивается диапазон исследуемых пород

45 в которых может быть получена достоверная информация. Введение между asлучателем и приемником элементов акустической изоляции (отверстий, щелей, поглощающих материалов) не обеспечива 50 ет удовлетворительного решения пробле мы и в то же время существенно ослож. няет конструкцию зонда и сникает ее механическую прочность.

Цель изобретения - расширение ди55 апазона исследуемых пород, Поставленная цель достигается тем, что согласно способу каротажа скважин

4 акустическим зондом, включающему импульсное возбуждение упругих колебаний излучателем зонда, прием с помощью приемника зонда, преобразование в электрический сигнал и оценку параметров упругих колебаний после их прохождения через исследуемые участки стенок скважины, до опускания зонда в скважину его помещают в заполненную жидкостью емкость, при этом зазор между зондом и стенками емкости превьг шает максимальный диаметр скважины, импульсно возбуждают излучатель зонда, принимают и преобразовывают в электрический сигнал с помощью приемника зонда параэитные колебания, распространяющиеся непосредственно от излучателя по корпусу зонда, записывают этот сигнал в память, а иэ сигналов, получаемых при прохождении зонда в скважине, в каждом цикле повременно вычитают записанный в памяти сигнал от параэитных колебаний, оценку же параметров упругих колебаний производят по полученному раэностному сигналу.

Аппаратура для каротажа скважин акустическим зондом, содержащим скважинный снаряд с электронным блоком, и акустическим зондом, имеющим излучатель и приемник упругих колебаний и соединенный со скважинным снарядом каротажным кабелем наземный пульт с устройством управления и синхронизации, аналого-цифровым преобразователем, оперативным запоминающим устройством и аналоговым измерителем, при этом входы устройства управления и синхронизации и анапого-цифрового преобразователя подсоединены к каротажному кабелю, а второй вход аналого-цифрового преобразователя соединены с выходом устройства управления и синхронизации, дополнительно содержит в наземном пульте, счетчик реального времени, перепрограммируемое постоянное запоминаитщее устройство, схему вычитания ко дов и цифроаналоговый преобразователь, причем выход аналого-цифрового преобразователя через коммутационный элемент связан с информационньгми входами перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства и одним иэ входов схемы вычитания кодов, выход перепрограммируемого постоянного заломинающего устройства подключен к второму входу схемы вычитания ко1163294 дов, выход схемы вычитания кодов соединен с входом цифроаналогового преобразователя и информационными входами оперативного запоминающего устройства, адресные входы перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства и оперативного запоминающего устройства подключены к выходу счетчика реального времени, вход ко.торого подключен к выходу устройства 1О управления и синхронизации, выход цифроаналогового преобразователя подключен к входу аналогового измерителя.

На фиг. 1 изображена блок-схема 15 аппаратуры, реализующей способ; на фиг. 2 - эпюры сигналов;

Устройство содержит скважинный снаряд и наземный пульт. Скважинный снаряд состоит из электронного блока 20

I и акустического зонда 2, основными функциональными элементами которого являются излучатели 3 и 4 упругих колебаний и приемник 5. Основными функциональными элементами наземного пульта являются устройство 6 управления и синхронизации, аналого-цифровой преобразователь 7, счетчик 8 реального времени, перепрограммируемое постоянное запоминающее устройст-З

30 во 9, схема 10 вычитания кодов, коммутационный элемент 11, оперативное запоминающее устройство 12, цифроаналоговый преобразователь 13 и аналоговый измеритель 14.

Электронный блок 1 скважинного прибора через каротажный кабель соединен с устройством 6 управления и синхронизации и аналого-цифровым преобразователем 7 наземного пульта, Устройство 6 управления и синхронизации подключено к входу счетчика 8 реального времени и входу синхронизации аналого-цифрового преобразователя 7. Счетчик 8 реального времени

45 подключен к адресным входам перепрограммируемого йостоянного запоминающего устройства 9 и оперативного запоминающего устройства 12.

Выход аналого-цифрового преобра- 50 зователя 7 подключен через коммутационный элемент ll в зависимости от состояния его контактов к информаци онным входам перепрограммируемого постоянного запоминающего устрбйства 55

9 или к одному иэ входов схемы 10 вычитания кодов. Выход перепрограммируемого постоянного запоминающего . устройства 9 подключен к второму входу 10 вычитания кодов.

Выход схемы 10 вычитания кодов соединен с входом цифроаналогового преобразователя 13 и информационными входами оперативного запоминающего устройства 12. Выход цифроаналогового преобразователя 13 подключен к входу аналогового вычислителя 14, Способ реализуется следующим образом.

Излучатели 3 и 4, возбуждаемые поочередно токовыми импульсами генератора, расположенного в электронном блоке 1, излучают в окружающую среду серии упругих колебаний 15, которые с задержкой, соответствующей времени их распространения, воспринимаются приемником 5 и преобразовываются в электрический сигнал.

Временное положение поступившего сигнала определено интервалом ожидания t, в течение которого может по- . ступить информация о породах, начиная от самых плотных — с наибольшей скоростью распространения упругих колебаний и кончая рыхлыми породами, скорость в которых низкая, приближающаяся к скорости упругих колебаний в буровой жидкости.

Рабочий цикл, в течение которого осуществляется возбуждение упругих колебаний каждым излучателем и их полное затухание, определяется временным интервалом Г между моментами возбуждения ближнего и дальнего (по отношению к приемнику).излучателей.

После усиления в электронном блоке 1 этот электрический сигнал, а также импульсы синхронизации, соответствующие моментам арабатывания излучателей, по жилам каротажного кабеля поступают в наземный пульт соответственно на информационный вход аналого-цифрового преобразователя 7 и вход блока 6 управления и синхронизации.

До опускания акустического зонда скважинного снаряда в скважину коммутационный элемент !! устанавливается в положение, при котором аналогоцифровой преобразователь 7 подключает"я к информационным входам перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства 9, а зонд помещается в среду, по которой возбуждение излучателями колебания не могут достигнуть приемника до окончания ин11632 терзала ожидания информационных сигналов, например в заполненную водой емкость при значительном удалении снаряда от стенок этой емкости. В этом случае на аналого-цифровой преобразователь 7 в интервале ожидания поступает только паразитный сигнал

16, связанный -с прохождением колебаний непосредственно по конструкции зонда 2. После оцифровки аналого-циф 10 ровым преобразователем 7 этот сигнал, преобразованный в последовательность двоичных отсчетов, поступает на информационные входы перепрограммируемого постоянного запоминающего 1 устройства 9, где его повременно записывают в память с помощью поступающих на адресный вход устройства импульсов счетчика реального времени 8, отсчитывающего короткие вре- 2б менные интервалы длительностью 14 мкс, начиная от момента возбуждения упругих колебаний в каждом цикле.

Эти интервалы -.задаются в виде импульсов тактирующего генератора, вхо 2 дящего в состав устройства управле ния и синхронизации.

При нахождении снаряда в скважине, когда принимается информация о составляющих стенки скважины породах, коммутационный элемент ll устанавливается в положение, при котором аналого-цифровой преобразователь 7 ог ключается от перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства

9 и подключается к схеме !О вычитания кодов. Информационный сигнал 17, поступающий на информационный вход аналого-цифрового преобразователя 7 при нахождении снаряда в скважине содержит составляющие, обусловленные

40 прохождением упругих колебаний от излучателей к приемнику как по стен кам скважины, так и непосредственно

94 8 по конструкции зонда 2. Этот искаженный прохождением колебаний по конструкции зонда сигнал кодируется аналого-цифровым преобразователем 7 и поступает на один иэ входов схемы

l0 вычитания кодов, а на другой вход в каждом цикле поступает иэ перепрограммируемого запоминакнцего устройства 9 код пвразитного сигнала, записанный до опускания снаряда в скважину.

Код с выхода схемы 10 вычитания кодов, определяемый разностью кодов от полезного и паразитного сигналов, поступает на цифроаналоговый преобразователь 13 и преобразовывается в сигнал .18, соответствующий упругим колебаниям, прошедшим по стенкам скважины, и "очищенный" от влияния параэитных колебаний, прошедших по конструкции зонда..По тому разностному сигналу с помощью аналогового измерителя 14 осуществляется измерение параметров упругих колебаний, прошедших по породам, образующим стенки скважин.:.

Полученные данные в виде аналоговых величин в качестве экспресс-информации используются для оценки:характеристик исследуемых пород. Код с выхода схемы 10 вычитания кодов поступает также на информационные входы оперативного запоминающего устройства 12, являющегося переходным элементом для связи с 3ВМ.

Использование предлагаемых способа и аппаратуры для каротажа скважин акустическим зондом обеспечивает рвс» ширение диапазона исследуемых пород вплоть до пород, в которых скорости распространения упругих колебаний имеют значения 1700-1500 м/с, характерные для глинистых разрезов.

l l 63294

Тираж 748 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3O35, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 4lol/46

Филиал ППП "Патент", r. ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Н. Журавлева

Редактор Р. Цицика Техред,Л.Коцюбняк Корректор С.Шекмар