Способ акустического измерения упругих констант горных пород и устройство для его осуществеления

 

Р. "

I«)630604

ОПИСАНИЕ

ИЗО6Р ЕТЕ Н И Я

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Се1еэ Советских

Социалистических

Республик (б1) Дополнительное к авт. сзид-зу— (22) Заявлено 29.11.76. (21) 2425292 18-25 с егрлсоединен11ем заявки %в (23) Приоритет— (45) Опубл:1ковано 30.10.78. З.-оллетень ¹ 40 (45) Дата олублико занс1я о-.исан11я 31.10.78 (51)М К1 г 6 01 V 1,40

Государствеииый комитет во делам иэвбретеиий и открытий (53} УДК 550.83 (088.8) (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

Л. С. Колдовский, Ю. И. Сахаров и Т. С. Черенова

Волжское отделение Института геологии и разработки горючих ископаемых (54) СПОСОБ АКУСТИЧЕСКОГО ИЗМЕРЕНИЯ

УПРУГИХ КОНСТАНТ ГОРНЫХ ПОРОД

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

20 U, где

Po—

L— з0

Изобретение относится к области геофизического исследования горных пород методом акустического каротажа для необсаженных скважин.

Известны способы акустического карогажа по скорости, основанные на измерен "ш интервала времени пробега звуковой волны на базе измерения, равной расстояниlо между излучателем и приемником, либо между несколькими приемниками (1).

Известен также способ акустического импедансного каротажа, основанный на

Возбуждении ак стической Волнь(В скВажине и ее приеме, используя коэффициент отражения (2). Показано, что на частоте приблизительно 5 кГц полученные значения коэффициента отражения могут быть непосредственно использованы для нахождения акустического импеданса формаций, слагающих скважину. Для осуществления этого способа применяют аппаратуру, содержащую скважинный снаряд, в который входит генератор, излучатель, приемник акустических колебаний и усилитель; кабель и наземну1о часть, включающую генератОр, детектор, регистрирующий прибор и измеритель импедансов.

Недостатками известных способов является то, что они не в полной мере учитывают влияние глинистой корки и бурового раствора на коэффициент поглощения

- IêóñTè÷åñê0ão сигнала и обладают малой разрешающей способностью и низкой помехоустойчивостью.

Целью изобретения является повышение то и1ocтll измерения, разрешающей способности и помехоустойчивости измерения упругих констант горных пород.

Поставленная цель достигается модулированием высокочастотного акустического поля низкочастотным и регистрацией коэффициента фазовой модуляции, который связан с упругими константами изотропных твердых тел следующим соотношеЬЧ1ЕМ; о ( о 1+ 2(), 2 } — 2 ) 1."1 (б — 4с} 1 г —, 81 „,, (1) амплитуда акустического колебания боковых частот; амплитуда акустического колебания несущей частоты; амплитуда давления; линсйный размер излучателя в направлении оси Х;

630604

C — скорость распространения продольной волны; а — частота модулпруемой акустической волны; рр — плотность невозмущсннои среды;

Š— модуль Юнга; б — коэффициент Пуассона; . и р — постоянные Ламе для изотропного твердого тела;

Г1, Г., Ä— независимые константы уп,. угости третьего порядка изотропного твердого тела.

1 ., Такой способ может быть осуществлен с помощью устройства для измерения упр тих констант горны.: пород, содержащего скважинный снаряд с генератором, излу- ателем, приемником и усилителем высоко 7g частотных акустических колебаний, каоель и наземную аппаратуру, включающую детектор и регистрирующий прибор.

Отличие устройства, позволяющее Gc) ществить данный способ, состоит в том, что в сквахкиниом снаряде дополнительно к высокочастотным устройствам размещены генераторы и излучатель низкочастотных акустических сигналов, а в наземном блохе предусмотрены амплитудный ограничитель, дискриминатор и усилитель.

На фиг. 1 дана схема устройства для осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2 — схема распространения луче1 . по пути излучатель — порода — приемник.

5э

Устройство содержит скважинный снаряд 1, кабель 2, наземную аппаратуру 8.

Скважинный снаряд состоит из генератора высокочастотных колебаний 4, излучателя акустических колебаний высокой 4 частоты 5, расположенного под некоторым углом О к стенке скважины, генерато а низкой частоты 7, излучателя низкой частоты для модулирования высокочастотных колебаний б, расположенного перпендикулярно к скважине, приемника моделированных высокочастотных колебаний 8 и усилителя 9.

Наземная аппаратура включает амплитудный ограничитель 10, дискриминатор яп

11, усилитель 12, детектор 18 и регистрирующий прибор 14.

Принцип измерения упругих констант горных пород осуществляется следующим образом. N

Генератор 4 колебаний высокой частоты возбуждает излучатель высокой частоты 5, колебания которого распространяются по породе. Распространяющиеся колебания высокой частоты модулируются низко- 60 частотными колебаниями, возбужденными генератором низкой частоты 7, 1 излучснными излучателем б. Модулированные колебания / = jI+f„, принимаются приемником 8, усиливаются усилителем 9 и подаются по кабелю в наземную аппаратуру.

В наземной аппаратуре электрические колебания ограничиваются по амплитуде ограничителем 10 с цель|о освобождения от влияния граничных условий и подаются на дискриминатор 11, который преобразует частотные изменения сигнала в амплитудные. Далее сигнал усиливается усилителем 12, детектируется детектором 18 и подается на измерительный прибор 14, регистрирующий коэффициент модуляции или отношение амплитуды модулированного сигнала к амплитуде сигнала несущей -астоты.

Используя вырахкение (1), можно ОпределиTb упругие константы горны.; пород.

При использовании предлагаемого способа получают возможность достаточно точного определения упругих констант горных пород. сзободного от влияния граничных условий, а также возможность определения упругих констант горны; пород —.онкослоистых сред. Кроме того, в силу .-:",стотного характера сигнала способ обладает высокой помехоустойчивостью.

Формула изооретения

1. Способ акустического измерения упругих констант горных пород, состоящий в

Возб ждени11 В скВажпне Высокочастотной акустической Волны и ее приеме, отл ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения, разрешающей спосооности и помехоустойчивости, модулируют высокочастотное акустическое поле низкочастотным и регистрируют коэффициент фазовой модуляции, по которому рассч1 тыBBIoT упругие константы горных пород.

2. Устройство для осуществления спо-. соба по п. 1. содержащее скважпнный сна-, ряд с генератором, излучателем и приемником акустических колебаний и усилителем, кабель и наземную аппаратуру с усилителем, детектором и регистрирующим прибором, отличающееся тем, что скважинный снаряд снабжен генератором и излучателем низкочастотных колебаний, а в наземную аппаратуру введены ограничитель амплитуды, усилитель и дискриминатор.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР

¹ 424099, кл. G 01 V 1/40, 1976.

2. Патент США ¹ 3739328, кл. 340-15.5, ОП1 блик. 197- г.

Составитель В. Зверев

Техред А. Камышннкова

Корректор И. Снмкина

Редактор Н. Коляда

Тнп. Харьк. фил. пред. «Патент»

Заказ 765/1167 11зд. ¹ 712 Тнр:я 666 Подппсное

НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

Москва Ж-35, Раушская наб., д. 4/5