Устройство для акустических исследований скважин в процессе бурения

 

Изобретение относится к сейсмоакустическому исследованию скважин в процессе бурения и позволяет повысить точность измерения физических параметров горных пород (ГП). Упругие колебания, образующиеся при разрушении ГП вращением долота, воспринимаются датчиком (Д) 1, установленным в верхней части бурильной колонны , и Д 5, расположенными в шурфах. Сигналы с Д 1 через усилитель 2 и фильтр 3 поступают на входы первого блока 4 вычисления автокорреляционной функции, регистратора (Р) 18 и блока 12 вычисления функции взаимной корреляции. Сигналы с Д S через усилитель 6 и фильтр 7 подаются на входы второго блока 8 вычисления автокорреляционной функции, Р 18 и второй вход блока 12. Информация с блока 4 поступает на первые входы первого делителя 9 и блока 10 вычисления коэффициента затухания упругих колебаний в ГП, выход которого подключен к входу Р 18. Информация с бЛока 8 поступает на первый вход второго делителя 11 и второй вход блока 10. Сигналы с выхода блока 12 подаются на вход блока 16 вычисления интервального времени, выход которого соединен с Р 18. Дня исключения влияния на результаты измерения изменения режимных параметров процесса бурения информация Д 13 осевой нагруэ (Л 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ, РЕСПУБЛИК (51) 4 E 21 В 45/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4009770/22-03 (22) 22.01.86 (46) 30.10.88. Бюл. Н 40 (71) Южное отделение Всесоюзного научно-исследовательского института геофизических методов разведки (72) N.Á.Aëèåâ, В.Н.Рукавицын, Т.Н.Гасанова и Ф.Д.Гусейнов (53) 622.24 (088.8) (56) Патент США N 3486375, кл. Е 21 В 45/00, 1970., Авторское свидетельство СССР

У 744406, кл. G 01 V 1/40, Е 2 1 В 47/00, 1975. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АКУСТИЧЕСЩХ ИССЛЕДОВАНИЙ СКВАЖИН В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ (57) Изобретение относится к сейсмоакустическому исследованию скважин в процессе бурения и позволяет повысить точность измерения физических параметров горных пород (ГП) . Упру, гие колебания, образующиеся при разрушении ГП вращением долота, воспринимаются датчиком (Д) 1, установленÄÄSUÄÄ 14349 4 А1 ным в верхней части бурильной колонны, и Д 5, расположенными в шурфах.

Сигналы с Д 1 через усилитель 2 и фильтр 3 поступают на входы первого блока 4 вычисления автокорреляционной функции, регистратора (Р) 18 и блока 12 вычисления функции взаимной корреляции. Сигналы с Д % через усилитель 6 и фильтр 7 подаются на входы второго блока 8 вычисления автокорреляционной функции, Р 18 и второй вход блока 12. Информация с блока 4 поступает на первые входы первого делителя 9 и блока 10 вычисления коэффициента затухания упругих колебаний в ГП, выход которого подключен к входу Р 18. Информация с блока 8 поступает на первый вход второго делителя 11 и второй вход блока 10.

Сигналы с выхода блока 12 подаются на вход блока 16 вычисления интервального времени, выход которого соединен с P 18. Для исключения влияния на результаты измерения изменения режимных параметров процесса бурения информация Д 13 осевой нагруз1434084, ки и Д 14 частоты вращения долота поступает на вход блока 15 умножения, выход которого подключен к вторым входам делителей 9 и 11. Сигналы на

Изобретение относится к горному делу, а именно к сейсмоакустическому исследованиЮ скважин в процессе бурения для поисков полезных ископаемых, ; а также для использования данных в

: инженерной геологии.

Цель изобретения - повышение точности измерения физических параметров

; горных пород в процессе бурения. 1I0

Сущность изобретения заключается, в следующем.

Упругие колебания, образующиеся при разрушении горных пород вращением долота, распространяются по бу рильной колонне и по породе вокруг оси скважины. Сигналы упругих колебаний принимаются датчиками. Поскольку принимаемые сигналы упругих колебаний являются слабыми для регистра; ции, после приема они поступают к усилителям. Сигналы упругих колебаний могут быть по своей природе разночастотными, поэтому в устройстве 25 предусмотрены высокочастотные и низкочастотные полосовые фильтры. Фильтры обеспечивают возможность сопоставления материалов с данными акустических и сейсмических исследований разреза. При детальном изучении разреза скважины необходимо иметь сведения об акустическом импедаисе горных пород, измеренном на проходящих волнах, и о коэффициенте затухания упругих колебаний в горных породах.

С этой целью сигналы после полосовых фильтров поступают в первый блок вычисления автокорреляционной функ" ции К„ по колонне, а также во второй блок вычисления автокорреляционной

° функции R„ no породе и далее в блок вычисления функции взаимной корреляции R . Сигналы К„ и К„ нормируются для получения величин И R„/Poc n

К

45 и M„К„/PÄ п, которые пропорциональны акустическому импедансу горных пород, и определяется коэффициент выходе делителей 9 и 11, величина которых пропорциональна акустическому импедансу ГП9 также поступают на вход Р 18. 1 ил. затухания упругих колебаний в горных породах Ы. R„/R„.

Одним из основных параметров в каротаже скважин является интервальное время Т. Сигналы функции взаимной корреляции поступают в специальный блок, где выделяется 5.Т по сдвигу максимумов функции взаимной корреляции.

Определение величин M „ и M nosваляет исключить влияние на результаты измерений изменения в процессе бурения величины P п9 пропорциональной эффективной мощности, подводимой к забою, эа счет чего повышается точность измерений параметров горных пород в процессе бурения.

При изменении в процессе бурения .числа оборотов вала и расхода промывочной жидкости зависимость эффективной мощности М К Р -n носит харакОС тер квадратичной параболы проходящей через ноль в точках n = 0 (тормозной режим) и n .; =— и„ (холостой ход турбобура), где K - удельный момент на долото: К И/ „ определяемый конструкцией долота, типом зубьев шарошек и др., И - момент на валу трубобура (который нельзя замерить на по верхности).

Поскольку эффективная мощность турбобура в процесса бурения может принимать различные значения от 0 до максимального, является очевидной необходимостью нормирование энергии возникающих упругих колебаний íà asменяющуюся величину мощности турбобура. Обнаруженная прямо пропорцио-, нальная зависимость величины энергии упругих волн от мощности турбобура .позволяет исключить влияние нестабильности источника излучения. Аналогинные данные получены и при других видах бурений (рлектробуром и ротором) .

На чертеже представлена функциональная схема устройства для акусти1434084 ческих исследований скважин в процессе бурения.

Устройство содержит датчик 1 упругих колебаний, установленный в верхней части бурильной колонны (на верт5 люге или "ведущей" трубе), первый усилитель 2, первые высокочастотные и низкочастотные полосовые фильтры 3 для фильтрации сигналов в диапазоне

1-10 кГц и 10-100 Гц по колонне, первый блок 4 вычисления автокорреляционной функции R„, датчик 5 (группа датчиков) упругих колебаний, установленный на земной поверхности в шурфе вокруг буровой скважины, второй усилитель 6, вторые высокочастотные и .низкочастотные полосовые фильтры 7 в том же диапазоне частот для фильтрации сигналов по породе, второй блок

8 .вычисления автокорреляционной функции колебаний, принятых на земной поверхности, первый делитель 9 для определения величины И„, являющейся величиной, пропорциональной акустическому импедансу горных пород, находящихся под долотом, измеренному на проходящих волнах, блок 10 вычисления коэффициента затухания упругих колебаний в горных породах оа, второй делитель 11 для определения величины

И„, пропорциональной -акустическому импедансу горных пород, находящихся выше забоя скважины, измеренный. на проходящих волнах, блок 12 вычисления функции взаимной корреляции R сигналов, регистрируемых s верхней части колонны и на земной поверхности, датчик 13 осевой нагрузки на долото P датчик 14 частоты вращения долота и, блок 15 умножения Р„а, 40 блок 16 вычисления интегрального времени <Т по сдвигу -между максимумами функции взаимной корреляции к„„ . датчик 17 глубин скважины и регистратор 18. Датчик 1 упругих колебаний по колонне через первый усилитель 2 соединен с входом первого фильтра 3, выход которого подключен к входу первого блока 4 вычисления автокорреляционной функции R, регистратору 18 и первому входу блока 12 вычисления функции взаимной корреляции. Датчик

5 упругих колебаний по породе через второй усилитель 6 соединен с входом второго фильтра 7, выход которого - 55 подключен к входу второго. блока 8 вычисления автокорреляционной функции R регистратору 18 и второму входу блока 12 вычисления функции взаимной корреляции, выход которого через блок 16 вычисления интервального времени Ь Т соединен с регистратором. Выходы первого и второго блоков

4 и 8 вычисления автокорреляционной функции подключены соответственно к первым входам первого 9 и второго 11 делителей, а также к соответствующим входам блока 10 вычисления коэффициента затухания упругих колебаний в горных породах, выход которого соединен с регистратором 18 ° Выходы датчика t3 осевой нагрузки и датчика 14 частоты вращения долота соединены с входами блока 15 умножения, выход которого подключен к вторым входам делителей 9 и 11; Выходы делителей

9 и 11, а также датчика 17 глубины соединены с входами регистратора t8.

Устройство работает следующим образом.

Сигналы упругих колебаний, распространяющиеся при разрушении горных пород вращением долота, принимаются датчиками 1 и 5, передаются соответственно в блоки 2 и 6 усиления. Усиленные сигналы поступают в высокочастотные и низкочастотные полосовые фильтры 3 и 7. Вьделенные высокочастотные и низкочастотные упругие колебания записываются в .отдельных видах частотных характеристик регистратором 18. Кроме того, эти же сигналы поступают в первый блок 4 вычисления автокорреляционной функции R > второй блок 8 вычисления автокорреляционной функции R„, а также в блок 12 вычисления функции взаимной корреляции

R„„. Автокорреляционные функции упругих колебаний R u R обрабатываются в делителях 9 и 11 для получения величин M u M которые являются величинами, пропорциональными акустическому импедансу горных пород на проходящих волнах, а в блоке 10 вычисляется коэффициент затухания упругих колебаний в горных породах, выраженный в виде оС = R„/R„. Полученные результаты фиксируются регистратором

18. Сигналы функции взаимной корреляции поступают в блок 16, где вьделяется интегральное время Т по сдвигу между максимумами функции взаимной корреляции К„„и регистрируется регист" ратором 18. Осевая нагрузка на долото Р и частота вращения долота изос меряются датчиками 13 и 15 соответстСоставитель В.Шилов

Техред М.Дидык

Редактор А.Лежнина

Корректор N.Ïoêî

Заказ 5527/33

Тираж 531 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб.„ д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, II . Ужгород, ул. Проектная, 4, 5 14340 венно и передаются в блок 15 умножения (P, n). Сигналы после блока 15 умножения поступают на делители 9 и

11 и далее в регистратор 18. Все параметры записываются в функции глубин с помощью датчика 17 глубины скважины.

Предлагаемое устройство дает возожность получать сведения для всестороннего анализа физических пара етров разреза вокруг оси скважины с целью прогнозирования модели среды выделения продуктивных пластов.

1Ü

Формула изобретения

Устройство для акустических исслепований скважин в процессе бурения, одержащее последовательно соединен20 ные датчик упругих колебаний, установ1 енный в верхней части бурильной коонны, первый усилитель и первый ильтр, выход которого подключен к ервому входу блока вычисления функ- 25 ! ции взаимной корреляции и входу пер вого блока вычисления автокорреляционной функции, последовательно соединенные датчики упругих колебаний, установленные в шурфах вокруг оси

,скважины, второй усилитель и второй .фильтр, выход которого подключен к ,второму входу блока вычисления функ,,ции взаимной корреляции, а также дат84 6 чик глубины скважины, блок вычисления коэффициента затухания упругих колебаний в горных породах и блок вычисления интервального времени, выходы которых соединены с входами регистратора, о т .л- и ч а ю щ е е— с я тем, что, с целью повышения точности измерения физических параметров горных пород в процессе бурения, устройство снабжено датчиками осевой нагрузки и частоты вращения долота, блоком умножения, вторым блоком вычисления автокорреляционной функции и двумя делителями, при этом выходы фильтров соединены с регистратором, выход второго фильтра подключен к входу второго блока автокорреляционной функции, выходы первого и второго блоков вычисления автокорреляционных функций соединены с соответствующими входами блока вычисления коэффициента затухания упругих колебаний в гор ных породах и первыми входами соответствующих делителей, выходы датчиков осевой нагрузки и частоты враще" ния долота подключены к входам блока умножения, выход которого соединен с вторыми входами делителей, причем выходы делителей подключены к регистратору, а выход блока вычисления функции взаимной корреляции - к входу блока вычисления интервального времени.