Преобразователь акустических волн скважинного прибора

 

Союз Советских

Социалнстииеских

Республик

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (и> 7504 1 2 (61) Допол н и тельное к авт. свид-ву (22) Заявлено 23 01 ° 78 (21) 2572375/18-25 (51)М. Кл.

Q 01 Ч 1/40 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (53) УДК 550. 834 (088. 8) Опубликовано 230780. Бюллетень № 27

Дата опубликования описания 250780 (72) Авторы изобретения

С. М. Вдовин и О. А. Вдовина

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

С КВЮКИ Н НОГО П РИ БОРА

Изобретение относится к области промыслово-геофизических исследований нефтяных и газовых скважин, конкретнее к акустическим преобразователям для скважинной аппаратуры акустического каротажа по продольным и попере ным упругим волнам.

Известен акустический преобразователь касательного тига, который 10 представляет собой электродвигатель, с укрепленными на его валу маховиками (1) . При вращении маховиков вокруг оси скважины они совершают касательные воздействия вдоль периметра скважины и возбуждают колебания вдоль скважины.

Однако из-за неровности стенки скважины маховики не имеют постоянного контакта с породой и, следовательно, при движении вдоль скважины будут в одних случаях "ударять" по породе, а в других случаях "проскальзывать". Кроме того преобразователю свойственны сложность конструкции, 25 невозможность возбуждения другого типа упругих волн в скважине и большая вероятность аварийных ситуаций в скважине из-за того, что маховик должен выступать за габариты прибора и, следовательно, будет "цепляться" за неровности стенки и сальниковые пробки в скважине. Данный преобразователь может работать только в режиме возбуждения упругих колебаний поперечной волны g Н типа.

Известен преобразователь, выполнен ный иэ пьезокристалла, который прижимается к стенке скважины f2) . В зависимости от направления "среза" крис талла и осей его поляризации он будет регистрировать в горной породе поперечную волну Н или сзУ типа. Однако слабая механическая прочность, невозможность работы на продольных упругих волнах, низкий КПД в режиме возбуждения акустических колебаний, не позволяет применять его в аппаратуре непрерывного акустического каротажа по продольным и попереччым волнам, предназначенной для массовых исследований нефтяных и газовых скважин.

Наиболее близким по техническрй сущности к изобретению является преобразователь акустических волн скважинного прибора, содержащий магнитострикционный сердечник в виде стержня с обмоткой возбуждения, располо750412 женной перпендикулярно его боковой поверхности и контактной головки (31, Узкоспецифичные функциональные, возможности этого преобразователя не позволяют использовать один преобра рователь для возбуждения (регистра1 ии) в скважине упругих волн различ5

ых.типов. Например, при ориентации преобразователя вдоль оси скважины он будет возбуждать (регистрировать) в горной породе поперечную волну БН поляризации. Для возбуждения поперечной волны SV поляризации преобразователь необходимо переориентировать в направлении перпендикулярном к оси скважины. Продольную волну данный преобразователь не возбуждает и .не регистрирует. Таким образом, преобразователь не может быть использован в аппаратуре акустического карота жа по комплексу упругих волн различных типов. 20

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей преобразователя акустических волн сква1 жинного прибора.

Достигается это тем, что выполнен- 2д ный в виде цилиндра сердечник, одним своим торцом прикреплен к скважинному прибору, а на другом торце укреплена контактная головка, выполненная в виде полусферы, причем сердечник снаб-З жен дополнительной обмоткой возбуждения, выполненной вдоль образующей цилиндра. Кроме того дополнительная обмотка возбуждения выполнена в виде четырех секций, при этом противолежащие секции соединены между собой, образуя две группы, которые соединены противофазно.

На фиг. 1 показана конструкция преобразователя; на фиг. 2 - электрическая схема соединений четырехсекцион- 40 ной дополнительной обмотки возбуждения; на фиг. 3 — векторная диаграмма возбуждающих напряжений в секциях дополнительной обмотки.

Преобразователь содержит цилиндрический сердечник 1, выполненный, например, путем навивки ленты из магнитострикционного материала. Габаритные размеры сердечника выбираются, исходя из требований к конструкции скважинного прибора, необходимой мощ,ности излучения (чувствительности) и типов возбуждаемых (регистрируемых) упругих волн. К рабочему концу сердечника 1 жестко крепится контактная голбвка 2, которая непосредственно соприкасается с горной породой и предохраняет магнитострикционный сердечник от истирания в процессе движения скважинного прибора вдоль ствола скважины. Форма контактной головки 2, на- ) пример полусфера, и м териал, например бронза, выбираются, исходя из оптимальных условий, — сопротивление движению в отношение сигнал/шум. Другой конец сердечника 1 жестко закреп- @5 лен в металлической обойме 3, которая, в свою очередь, жестко крепится к от>кимному механизму скважинного прибора, при>кимающего преобразователь оловкой 2 к стенке скважины.

Вокруг магнитострикционного сердечника 1 намотана электрическая обмотка 4, а вдоль него (на фиг. 1 в теле внутри сердечника) дополнительная обмотка 5. B зависимости от типа возбуждаемой (регистрируемой) волны или одновременной комбинации волн, обмотка 5 может быть выполнена с неравномерным шагом намотки или в виде двух или нескольких секций, возбуждаемых со сдвигом по фазе или в противофазе. В электрической схеме электрические обмотки 5 выполнены в виде четырех секций 6-9, включенных попарно в противофазе. На фиг. 3 приведена векторная диаграмма возбуждающих напряжений в четырехсекционнай обмотке, причем векторы 10 и 11 соответствуют возбуждающим напряжениям в секциях б и 8, а векторы 12 и 13 соответствуют напряжениям в секциях 7 и 9 в дополнительной электрической обмотке 5.

Работа преобразователя основана на эффекте кручения и изгиба стержня, помещенного в магнитные поля, образованные тороидальной и осевой элект рическими обмотками. Дополнительный изгибающий эффект получается в результате противофааного включения многосекционной возбуждающей обмотки 5. Рассмотрим работу преобразователя в режиме возбуждения упругих воли. При прохождении электрического тока только через обмотку 14 преобразователь будет возбуждать акустические колебания вдоль вектора А, что собтветатвует возбу>кдению в горной породе, пересекаемой скважиной, продольной упругой волны. При одновременном возбуждении магнитных полей обмотками 4 и 5 преобразователь будет совершать крутцльнйе колебания вдоль вектора В, возбуждая одновременно в горной породе поперечные волны GH u

5V поляризации. При некотором сдвиге фаз в обмотках 4 и 5 к крутильным колебаниям .преобразователя по вектору.В добавляются изгибные колебания стержня по вектору С, которые усиливают эффект касательного возбуждения в горной породе поперечных волн. При работе данного преобразователя в режиме приема акустических колебаний, сигнал продольной волны снимается с обмотки 4,. а сигнал поперечной волны (независимо от типа поляризации) снимается с обмотки 5.

Другой возможный вариант работы преобразователя заключается в следующем.

Обмотка возбуждения 5 разделена на четыре секции б, 7, 8 и 9, из которых б и 8, а также 7 и 9 соединены между собой и образуют две самостоя750412 тельные дополнительные обмотки, включенные в противофазе (см. фиг. 2 и 3).

При возбуждении обмотки 4 преобразователь колеблется вдоль вектора A u возбуждает в породе продольную волну. При одновременном возбуждении обмотки 4 и дополнительной обмотки, включающей секции 6 и 8, преобразо-, ватель будет совершать иэгибные колебания в плоскости секций 7 и 9 и возбуждать в горной породе поперечную волну одного из типов поляризации {в зависимости от ориентации преобразователя в скважине). При одновременном возбуждении обмотки 4 и дополнительной обмотки, включающей сек- 15 ции 7 и 9, поляризации поперечной вол ны в горной породе изменится (например, QH на 5V) .Таким образом, при импульсном каротаже за три цикла излучения один подобный преобразователь возбуждает в горной породе, пересека- 2О емой скважиной, три ипа упругих волн что достигается соответствующим переключением (отключением) электрических обмоток. В режиме приема акустических колебаний сигнал продольной волны сии 2 мается с обмотки 4, а сигнал поперечной волны того или иного типа поляризации снимается с секции 6 и 8 или 7 и 9 дополнительной обмотки 5.

При установке по периметру скважи- 30 ны нескольких преобразователей эффективность возбуждения и регистрации акустических волн увеличивается.

Применение предложенного преобразователя акустических волн в скважинной 3 аппаратуре акустического каротажа позволяет в каждой точке разреза практически одновременно регистрировать параметры комплекса упругих волн, что, в свою очередь, повышает геолого-геофизическую информативность исследований.

Формула изобретения

1. Преобразователь акустических волн скважинного прибора, содержащий магнитострикционный сердечник в виде стержня с обмоткой возбуждения, расположенной перпендикулярно его боковой поверхности и контактной головкой, о т л и ч à io шийся тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей, выполненный в виде цилиндра сердечник одним своим торцом прикреплен к скважинному прибору, а на другом торце укреплена контактная головка, выполненная в виде полусферы, причем сердечник снабжен дополнительной обмоткой возбуждения, выполненной вдоль образующей цилиндра.

2. Преобразователь по п. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что дополнительная обмотка возбуждения выпол,нена в виде четырех секций, при этом противолежащие секции соединены меж-. ду собой, образуя две группы, которь|е соединены противофаэно.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 203943, кл. G 01 V 1/40, 1966.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 234283, кл. (; 01 Н 1/40, 1967.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2572373/18-25, кл, G 01 У 1/40, 23.01.78 (прототип).