Преобразователь акустических волн скважинного прибора

 

О П И С А Н И Е» У44410

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 23.01.78 (21) 2572373/18-25 с присоединением заявки № (23) Приоритет (51) М. Кл.

G 01Ч 1/40

Государственный комитет (43) Опубликовано 30.06.80. Бюллетень № 24 (53) УДК 550.834 (088.8) ло делам изобретений и открытий (45) Дата опубликования описания 30.06.80 (72) Авторы изобретения

С. М. Вдовин и О. A. Вдовина

Всесоюзный научно-исследовательский институт нефтепромысловой геофизики (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН

СКВАЖИННОГО ПРИБОРА

Изобретение относится к области промыслово-геофизических исследований нефтяных и газовых скважин, а более конкретно — к акустическим излучателям и приемникам для скважинной аппаратуры акустического каротажа по продольным и поперечным волнам.

Известны акустические преобразователи касательного типа, у которых вектор колебательного воздействия направлен параллельно активной поверхности излучения (1).

В режиме приема такие преобразователи чувствительны к сдвиговым колебаниям рабочей поверхности преобразователя. Конструкция преобразователей представляет собой «консольную балку», свободный конец которой касается стенки скважины, и выполнена из биморфного материала с положительной и отрицательной магHHTOстрикцией; на пьезокристалле с соответствующим срезом или из пьезокерамических пластин, в которых возбуждаются колебания изгиба. При соответствующей ориентации такого преобразователя в вертикальной или горизонтальной плоскости скважины он будет возбуждать или регистрировать продольную или поперечную волну SR поляризации.

К недостаткам указанных преобразователей можно отнести следующее, 2

Так как при прижатии рабочей поверхности преобразователя к стенке скважины наибольшая амплитуда смещений будет в центре «балки», то КПД такого преобразователя невелик и в режиме возбуждения мощность излучения в горную породу будет недостаточна, а в режиме приема будет слабой чувствительность преобразователя и полезному сигналу. Это, в свою очередь, 1р приводит к тому, что при движении скважинного прибора регистрируемое отношение сигнал/шум практически всегда много меньше единицы, что не позволяет использовать данные преобразователи в аппара15 туре акустического каротажа, предназначенной для массовых исследований нефтяных и газовых скважин. Кроме того, при трении преобразователя о стенку скважины, особенно в случае твердой горной породы, происходит истирание рабочей поверхности, что приводит к изменению активной массы преобразователя и, следовательно, к изменению его рабочих характеристик.

Наиболее близким по технической сущности к настоящему изобретению является преобразователь акустических волн скважинного прибора, содержащий кольцеобразный магнитострикционный сердечник, 30 состоящий из двух групп пластин с отри744410 цательной п положительной магнптострпкцией, и электрическую обмотку возбуждения (2).

1(ольцеобразный сердечник одним концом также прикреплен к штоку, прижимающему его к стенке скважины, а другой конец — рабочий — касается горной породы.

При подаче в обмотку возбуждения электрического тока в сердечнике происходит как сжатие, так и растяжение двух групп металлических пластин, т. е. сердечник начинает изгибаться в направлении, перпендикулярном плоскости биморфного контакта. Так как один конец сердечника жестко закреплен, то преобразователь представляет собой консольную «балку», свободный конец которой движется по стенке скважины. За счет сил трения, при достаточно хорошем акустическом контакте преобразователя с породой, колебательные смещения рабочей поверхности преобразователя передаются в горную породу и возбуждают в ней упругие колебания. В зависимости от ориентации сердечника по отношению к оси скважины в породе возбуждается поперечная волна S V поляризации или поперечная волна SH поляризации, вектор смещения которой направлен по касательной к окружности скважиньь Данный излучатель может также работать как приемник колебаний. Преобразователь имеет низкий КПД и не может быть использован в аппаратуре непрерывного акустического каротажа, предназначенной для массовых промыслово-геофизических исследований из-за низкого отношения сигнал/шум и истирания рабочей поверхности преобразователя о стенку скважины при движении скважинного прибора.

Целью настоящего изобретения является создание преобразователя акустических волн, позволяющего в процессе непрерывного каротажа более эффективно возбуждать и регистрировать прямые упругие волны в горной породе, пересекаемой скважиной.

Поставленная цель достигается тем, что на выгнутой торцовой рабочей поверхности магнитострпкционного сердечника выполнен паз, в котором жестко закреплена сменная контактная пластина из мягкого металла, например из бронзы, причем сердечник размещен в металлическом башмаке, к которому он жестко прикреплен своими концами, и что контактные пластины выполнены в форме диска, который установлен с возможностью вращения.

На чертеже показан один из возможных вариантов конструктивного выполнения преобразователя акустических волн.

Преобразователь содержит магнитострпк ционный кольцеобразный сердечник 1, который состоит из двух групп пластин 2 и

3. Первая группа 2 изготовлена из материала, обладающего отрицательной магнптострикцией, например, из никеля, которьш

65 сжимается прп действии на него магнитного поля. Вторая группа 3 изготовлена пз материала, обладающего положптельпой магпптострикцпсй, например, из пермендюра, который расширяется при действии IIB него ма нитного поля. Торцовая рабочая поверхность сердечника 1 выполнена выгнутой для предотвращения возможного касания преобразователем (особенно его концевыми частями) горной породы при наличии мелких неровностей на стенке скважины. В центральной части рабочей поверхности сердечника 1 выполнен паз, в который вставляется смежная контактная пластина

4 из мягкого металла, например из бронзы, и которая, в свою очередь, жестко закреплена в сердечнике 1 стягивающим болтом 5, форма пластины 4 и материал, из которого она изготавливается, выбираются из оптимальных условий возбуждения (приема) упругой волны в горной породе, отношения сигнал/шум, ее истирания и сопротивления, при движении прибора. Магнитострикционный сердечник 1 помещен B металлический башмак б и жестко закреплен в нем стягивающими болтами 7 таким образом, что представляет собой «балку», жестко закрепленную на концах. На сердечник 1 намотана электрическая обмотка возбуждения 8, которая создает в нем магнитное поле. Башмак 6 с преобразователем крепится к рессорной пружине 9, которая отжимает его от корпуса прибора и прижимает к стенке скважины. Вместо пружины 9 башмак б может крепиться к любому другому механизму, выполняющему ту же функцию.

1 абота преобразователя основана на изгпоных колебаниях балки, жестко зак1 епленной на концах. Наибольшая амплитуда смещения будет в середине «балки», гд. и расположена контактная пластина. При подаче в обмотку возбуждения электрического тока в сердечнике происходит как сжатие, так и растяжение двух групп металлических пластин. В результате он начинает совершать изгибные колебания, а контактная палстина — колебания по вектору Л.

Если теперь прижать преобразователь к степке скважины таким образом, чтобы контактная пластина была расположена вдоль ее образующей, то в горной породе будет возбуждаться поперечная волна 5Н поляризации. Если преобразователь развернуть на 90, то он будет возбуждать в породе поперечную волну SV поляризации.

Преобразователь может работать также в рсжпмс приема акустических волн. При движенпи скважннного прибора вдоль ствола скважины за счет трения контактной пластины о горную породу возникают акустические шумы, величина которых может превышать величину полезного сигнала.

Для уменьшения этого шума контактная пластина изготавливается из мягкого ме744410

Составитель Л. Солодилов

Техред А. Камьппникова

Редактор H. Коляда

Корректоры: О. Тюрина и P. Беркович

Заказ 1021/13 Изд. М 335 Тираж 649 Подписное

11110 <; Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 7К-35, Рауьпская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2 талла, а после истирания заменяется. С той же целью при возбуждении и регистрации в горной породе поперечной волны

SH поляризации контактная пластина может быть выполнена в форме диска с осью на месте стягивающего болта 5. В зависимости от толщины диска он может либо катиться, либо врезаться в горную породу и одновременно катится по стенке скважины при движении прибора.

Применение предложенного преобразователя в качестве излучателя и приема в зоне скважинного прибора аппаратуры акустического каротажа по поперечным волнам позволяет повысить эффективность возбуждения и регистрации поперечных волн в процессе непрерывного кар отажа, что, и свою очередь, позволяет разработать аппаратуру для массовых исследований скважин и повысить эффективность промыслово-геофизических исследований нефтяных и газовых скважин.

Формула изобретения

1. Преобразователь акустических волн скважинного прибора, содержащий кольцеобразный магнитострикционный сердечник, состоящий из двух групп пластин с отрицательной и положительной магнитострикцпей и электрическую обмотку возбуждения, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности работы преобразователя в процессе непрерывного каротажа, в центральной части выгнутой торцовой рабочей поверхности сердечника выпол10 нен паз, в котором жестко закреплена сменная контактная пластина из мягкого металла, например из бронзы, причем сердечник размещен в металлическом башма«е, к которому он жестко прикреплен свои15 ми KOHIJBMH, 2. Преобразователь по п. 1, отличающп и с я тем, что контактная пластина выполнена в виде диска, который установлен с возможностью вращения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 234283, кл. G 01V 1/40, 1967.

2. Патент США Ме 3.354.983, кл. 181 — 5, опублпк. 1967 (прототип).