Аппаратура для акустических исследований скважин большого диаметра

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (е74фц! . ",". . "1) (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 050675 (21) 2138353/25 с присоединением заявки М (23) Приоритет (51)М. Нл.2

G 01 V I/40Ó

E 21 В 47/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 550. 834:

:622.241 (088.8) Опубликовано 1501.80, Бюллетень Но 2

Дата опубликования описания 15,01.80 (72) Авторы Е.В.Карус, О.Л. Кузнецов, А. П. Осадчий, И. Т.Лебедев, ИЗС) рЕтЕНИя И.П.Дзебань, Г. Н. Ягодов, В. Ф. Рыжов, А.С. Каркошко, В.В.Смирнов и E.È.Îåä÷óê (71) Заявитель

Всесоюзный научно-исследовательский институт ядерной геофизики и геохимии (54) АППАРАТУРА ДЛЯ АКУСТИЧЕСКИХ

ИССЛЕДОВАНИЙ СКВАЖИН БОЛЬНОГО

ДИАМЕТРА

Изобретение относится к области геофизических исследований скважин.

Известно проведение геофизических в том числе и акустических исследова5 ний в скважинах относительно малых диаметров (от 5 до 40 см) . В ряде областей народного хозяйства, в частности в угольной и рудной промышленности, есть необходимость геофизических и, в первую очередь, акустических исследований скважин большого диаметра (более 0,5 м), так как общий километраж таких пробуренных скважин составляет десятки километров. целью таких исследований явля- 15 ется определение физико-механических свойств вскрытого массива горных пород, а также оценка технического состояния скважины до и после ее обсадки.. Для определения физико-механических свойств горных пород, вскрытых скважинами, используется аппаратура типа СПАК-2 (1).

Недостатком известной аппаратуры является узкая полоса пропускания, отсутствие блока для регистрации фаэокорреляционных диаграмм, отсутствие блока фильтров. Эти факторы со- 30 кращают методические возможности аппаратуры.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является аппаратура Звук-2 (2j обладающая широкополосным приемнопередающим трактом в полосе частот

0,5-50 кГц. Аппаратура содержит глубинный прибор с акустическими диодами, блок для индикации фазокорреляционных диаграмм (ИФКД), блок регистрации волновых картин и блок узкополосных фильтров. Таким образом, аппаратура наряду с традиционными измерениями позволяет осуществлять частотное акустическое зондирование.

Аппаратура Звук-2 преднаэ,ачена для работы в скважинах малого диаметра. При проведении каротажа скважин малого диаметра длина акустической волны больше диаметра скважины и при центрированном снаряде производится осредненная оценка акустических параметров по волнам, распространяющимся вдоль скважины.

Однако использование одного центрированногQ снаряда в скважинах бопьшого диаметра недопустимо, так как волны-помехи, распростраилюшися и >

710011 жидкости, смогут опережать волны, распространяющиеся по исследуемой породе. Работа с одним снарядом, опускаемым вдоль стенки, дает параметры только по одной вертикальной образующей, что явно недостаточно, так как необходимо иметь информацию о всем прискважинном слое при достаточно большой глубине проникновения акустических волн. Работа с акустическими колебаниями с длиной волны, меньшей диаметра скважины, позволяет ,решать и новые задачи. Звук-2 не обеспечивает возможность оценки азимута и угла наклона пересекающих скважину границ и оценки коэффициента вертикально-горизонтальной анизотропии акустических свойств пород.

Цель изобретения — получение объемной информации о свойствах горных пород в скважине большого диаметра и ее техническом состоянии.

Цель достигается тем, что в предлагаемой аппаратуре глубинный прибор выполнен в виде направляющего шаблона, состоящего из двух направляющих конусов с гнездами, снабженных поясами центраторов и соединен-. ных между собой центральным силовым стержнем, а зонды закреплены в гнездах и установлены между конусами, при этом зонды в гнездах расположены на равном расстоянии один от другого по окружности. Направляющие конуса выполнены с отверстиями для протекания жидкости. Центральный стержень выполнен в виде акустического изолятора.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемой аппаратуры; на фиг. 2 — конструкция шаблона.

Аппаратура содержит скважинный снаряд, в который входит шаблон 1, изготовленный по диаметру скважины с закрепленными в нем тремя акустическими зондами 2. Каждый из них имеет три направленных широкополосных приемника П1, П, П и один широкополосный излучатель И, приемник П расположен рядом с излучателем И; приемники II @ IIg удалены от него. Зонды с обоих концов оканчиваются акустическими изоляторами

3, закрепленными в нижней и верхней секциях шаблонов. Секции шаблона и средняя стяжка снаружи покрыта слоем акустической изоляции (например, фторопластом или резиной) . В нижней, немагнитной части, установлен блок азимутальной привязки 4. Скважинный снаряд соединен с наземной аппаратурой многожильным каротажным кабелем 5.

Наземная аппаратура состоит из соединенных с кабелем блоков 6, синхронизации 7 выделения вступлений

8 усиления и фильтрации. Блоки синхронизации б и выделения вступлений

7 соединены с блоками 9-1, 9-2 измерения кннематических параметров акустического сигнала, распространяющегося по вертикальной образующей и по горизонтальной образующей цилиндра соответственно.

Блоки синхронизации б и блоки усиления и фильтрации 8 соединены также с блоками 10-1, 10-2 измерения динамических параметров акустических сигналов, распространяющихся по вертикальной образующей и горизонтальной образующей цилиндра соответственно и блоком магнитной регистрации первичного сигнала 11. Выходы блоков

9 измерения кинематических и 10 ди намических параметров сигнала соединены с каротажным регистрирующим осциллографом 12. Выход блока. усиления и фильтрации 8 соединен также с блоками 13 регистрации волновых

20 картин и 14 регистрации фазокорреляционных диаграмм. В наземной аппаратуре есть блоки 15 разметки глубин 16 временной разметки, имитатор 17, блок .питания 18 и ряд вспомогательных бло15 KoB .

Аппаратура работает следующим образом.

Широкополосный излучатель И зонда излучает акустические колебания, которые принимаются широкополосными акустическими приемниками П П после распространения сигнала по вертикальной образующей, приемником

П этого же зонда после отражения сигнала от стенки и приемником П соседнего зонда после распространения сигналов по дуге горизонтальной образующей. Далее поочередно срабатывают излучатели следующих зондов и соответствующие приемники зондов при4О нимают аналогичные акустические сигналы, распространяющиеся по соседним вертикальным образующим и следующим дугам горизонтальной образующей. Моменты излучения и акустичес45 кие сигналы, принятые приемниками П, П и П по многожильному каротажному кабелю передаются к наземной аппаратуре. По этому же кабелю передается сигнал от блока определения

5р азимута, соответствующего углу между направлением на север и одним из зондов. Сигнал с многожильного каротажногo кабеля подается в наземные блоки синхронизации б, выделения вступлений 7, усиления и формирования 8. Блок синхронизации выделяет импульсы, соотв тствующие моментам излучений и принимаемые за начальные для измерения кинематических параметров и запускающие блоки из60 мерения кинематических параметров акустического сигнала, распространяющегося по вертикальной образующей и горизонтальной образующей.

Сигналы окончания измеряемых кине65 матических параметров подаются на

710011

Формула изобретения

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Булатова Т.М., Дубов Е.Ф. Акус-1тический каротаж, Недра, 1970, с. 125-127.

2. Карус Е.В. и др. Опытно-промышленное опробование и внедрение аппаратуры Звук-2, Геология и разведка, М 10, 1974, с. 18-33. блоки 9-1 и 9-2 с блока выделения вступлений 7, на который поступают усиленные сигналы с приемников зондов. Измеренные кинематические параметры с блоков 9-1 и 9-2 подаются на каротажный осциллограф 11 и за- 5 писываются. Сигналы с приемников после усиления и фильтрации блоком

8 подаются на блоки измерения динамических параметров акустических сигналов, распространяющихся по вертикальной образующей цилиндра 10-1

10 и горизонтальной образующей цилиндра 10-2. Измеренные параметры передаются для регистрации на каротажный осциллограф 11.

Регистрация всего акустического сигнала осуществляется блоком фоторегистрации .волновых картин 13 и магнитным регистратором 11, на которые подается сигнал .с блока усиления и фильтрации. С него же пода- 20 ется сигнал на блоки регистрации фа-. зокорреляционных диаграмм 14.

Вместо измеряемого сигнала для проверки аппаратуры на вход наземных ,блоков может быть подан сигнал от имитатора 17.

Шаблон (фиг.2) состоит из двух направляющих конусов: 19, 20, изготовленных из прочного материала (стали) . Конусы имеют луковицеоб- щ() разную форму для уменьшения возможности зацепа эа неровности стенок скважины. В каждом конусе прорезаны отверстия 21 для облегчения протекания скважинной жидкости при движении снаряда. Конусы снабжены по наибольшему диаметру пЬясом центраторов 22, например, в виде стандартных резиновых стержней в гнездах.

Они служат для уменьшения шумов при движении снаряда и его трении о стены скважины.

Верхний и нижний конус соединены между собой центральным стержнем 23, который для удобства транспортировки всего снаряда имеет разъемные 45 соединения 24 и 25. Основная средняя секция стержня 2б выполнена в виде жесткого акустического изолятора (например, с несколькими рядами вырезов типа елочка ). В конусах друг против друга имеются гнезда для закрепления зондов.

На фиг. 2 показана трехэондовая конструкция с гнездами, соединенными звездочкой со средним стержнем и собственно стенкой конуса. Конструкция может быть сварной. Верхний конус сверху оканчивается головкой

28 для присоединения каротажного кабеля.

При сборке скважинного снаряда зонды устанавливаются в гнезде конусов и присоединяются переходным кабелем к нижней части кабельной головки, 1. Аппаратура для акустических исследований скважин большого диаметра, содержащая глубинный прибор с акустическими зондами, каждый из которых имеет широкополосный излучатель и приемник, соединенные каротаж" ным кабелем с наземными блоками обработки и регистрации акустического сигнала, отличающаяся тем, что, с целью получения объемной информации о свойствах горных пород в скважине большого диаметра и о ее техническом состоянии, глубинный прибор выполнен в виде направляющего шаблона, состоящего из двух направляющих конусов с гнездами, снабженных поясами центраторов и соединенных между собой центральным силовым стержнем, а зонды закреплены в гнездах, установленных между конусами.

2. Аппаратура по п.1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, зонды в гнездах расположены на равном расстоянии один от другого по окружности.

3. Аппаратура по пп. 1, 2, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что направляющие конусы выполнены с отверстиями для протекания жидкости.

4. Аппаратура по пп. 1, 2 и 3, отличающаяся тем, что центральный силовой стержень выполнен в виде акустического изолятора.