Акустическое устройство для исследования околоскважинного пространства

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социапнстичесннх

Республик

<ц911410 (61) Дополнительное к авт. свнд-ву(22)Заявлено18.06.79 (21) 2780371/18 25 с присоединением заявки № (51}Н. Кл.

Q 01Ч 1/40 (23) Приоритет—

Гоеударстесииый камитет

СССР

Опублнковано07.03.82. Бюллетень № 9 во делен изебретеиий и открытий,(53) УДК 550.83. (088.8) Дата опубликования описания 07 03 82

H.À. Смирнов (72) Лвтор изобретения (71) Заявитель (54) АКУСТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

ОКОЛОСКВАЖИННОГО ПРОСТРАНСТВА

Изобретение относится к устройст-вам для геофизических исследований скважин, конкретно к устройствам для акустического метода исследования скважин, и может быть использовано для изучения околоскважинного пространства, $ а именно зон, расположенных коаксиально относительно стола скважины, например зоны прбникновения фильтрата бурового раствора в коллекторах нефти и газа из зоны повышенных напряжений, путем регистрации волн, отраженных от границ этих зон.

Известны устройства для акустического каротажа скважин, которые регист» рируют головные волны(1 ).

Однако с помощью известных устройств невозможно регистрировать упругие волны, отраженные от грантш зон, oKpyIKIIIo» щих ствол скважины, так как у этих устройств скважинные приборы расчитаны на регистрацию только головных продольных РО Р Рс IIIIII обменных РОБ1Рс, волн

2 таким образом, чтобы отраженные волны не мешали регистрации головных волн.

Эти устройства используются для онрьделения скорости упругих волн в породах, пройденных скважиной, но они не могут быть использованы для определения размеров зон, окружающих скважину.

Известно также акустическое устройство для определения профиля скважины путем изменения времени между моментом излучения и приходом отраженного. акустического импульса от стенки скважины.

Устройство состоит из скважинного прибора, соединенного каротажным кабелем, с наземным блоком,,при этом скважинный прибор содержит зонд, состоя,.— щий из излучателя и приемника с преду- силителем, генератор импульсов запуска излучателя, соединенный с излучателем и согласующим устройством, и блок фор мирования, передачи сигнала, содержащий усилитель мошйости H согласующее устрой- ство, а наземный блок содержит согласукь

3 9ii410 4 шее устройство и регистратор. Зонд ус фильтр, при этом выходы приемников соройства представляет собой электроакус- единены со смесителями, выходы послед« тический преобразователь направленного них подключены к входу блока формировадействия, который одновременно служит ния и передачи сигнала, который подсоеизлучателем и приемником упругих ко- g динен к каротажному кабелю, а в наземлебаний. Преобразователь врашается электр иом блоке каротажный кабель соединен с родвигателем в плоскости, перпендикуляр-,согласуюшим устройством, выход котоной оси скважинного прибора, периоди- рого соединен с регистратором и перечески производя зондирования (примерно страиваемым полосовым фильтром, выход

100 зондирований за один оборот). Для 10 последнего подсоединен к регистратору, зондирования используются, высокочастот На чертеже представлена блок-схема ные акустические импульсы с частотой устройства для регистрации волн, отраоколо 400 Fu (21. женных от коаксиальных границ зон, окруОднако использование такого устрой- жаюших скважину. ства невозможно по той причине, что им Устройство состоит из наземного блорегистрируются отраженные волны на ка 1 и скважинного прибора 2, который центральном луче, т, е. луче, перпенди- в свою очередь состоит из блока генеракулярном отражаюшей границе, поэтому тора 3 импульсов запуска излучателя, в волновой картине выделяются только блока 4 формирования и передачи сигнапервые вступления (волна, отраженная gg лов на поверхность и зонда 5. Блоки скваот стенки скважины), так как выделение жинного прибора и наземный блок электв последующих вступлениях отражений рически соединены при помоши схем 6-8 от более глубоких границ невозможно согласования. иэ-за большого уровня акустического шу- Наземный блок 1 состоит из перестраима. Кроме того, как известно, затухание 25 ваемого полосового фильтра 9, регистраупругих колебаний происходит пропорпио- тора 10 и схемы 6 согласования. нально М", rue w - круговая частота В блок генератора 3 импульсов заколебаний, П =1- 3, поэтому глубинность пуска излучателя входят генератор 1 1 зондирования устройства не может пре- импульсов запуска и схема 8 согласовавышать нескольких сантиметров от стен- щ ния. ки скважины. Блок 4 формирования и передачи сигнала на поверхность содержит первый 12

Цель изобретения — повьпцение глубин- и второй 13 смесители электрических ности исследования околоскважинного про- сигналов от акустических приемников, странства.

35 предварительные усилители 14 и 15, треУказанная цель достигается тем, что тии смеситель 16, усилитель 7

16 с итель 17 мощносв акустическом устройстве для исследова- ти и схему 7 согласования. ния околоскважинного пространства методом отраженных волн, состояшем из скважинного прибора, соединенного каро- 4 1 8 и акустических приемников 1 О. тажным кабелем с наземным блоком, Устройство работает следующим обрапри этом скважинный прибор содержит зом. . зонд, состояший из излучателя и приемника, генератор импульсов запуска излу- лучателя периодически запускает чателя, соединенный с излучателем и широкополосный излучатель 1 8 ao na m согласующим устройством, и блок фор- одновременно посылается импульс на мирования и передачи сигнала., а назем- синхронизацию в регистратор 10, с моHbN блок содержит согласуюшее устрой- мента излучения начинается отсчет врество и регистратор, зонд скважинного мени, вызванные излучателем упругие прибора состоит из группы акустических колебания призпяФаются акусическ и приемников, расположенных вдоль оси тгриемниками 19 зонда и преобразуются зонда в центре группы, деля ее на две в электрические сигналы, которые смеподгруппы - верхнюю и нижнюю, нахо- шиваются в первом и втором смеситедится широкополосный излучатель акус гических сигналов, на входе блока фор- рительными усилителями 14 и 1 5 происмирования и передачи сигнала установле- ходит суммарное смеше и ны . смесители электрических сигналов всей группы приемников в третьем смеот акустических приемников, а наземный сителе 16„обший сигнал от зонда после блок имеет перестраиваемый полосовой усиления по мошности усилителем 17

Акустическое устройство для иссле доваря околоскважинного пространства методом отраженных волн, состоящее из скважинного прибора, соединенного

5 91 14

Мощности повается по кабелю в наземный блок 1 где прохндит через полосовой фильтр 9, основная частота пропускания которого выбирается нз соотношения ln Чк

5 — —, rae Ч к — кажущаяся

20 скорость, самой высокоскоростной волны помехи, П =1, 2, 3, н т. a., 20- база группнрования приемников, т. е. расстояние между крайними приемниками. (расстояние от излучателя до крайних приемников ) ; и подается на регистратор

10, в качестве которого может служить, 1 в частности, известный индикатор.фазс корреляционных диаграмм МФКД-1, или другие устройства для регистрации полного акустического сигнала.

Система, состоящая из группы акуотических приемников, расположенных вдоль оси зонда, смесителя электрических сигналов от этих приемников и полосового фильтра, позволяет осуществлять направленный прием упругих волн, вызванных широкополосным излучателем, таким образом, чтобы усиливать волны с 6 шими кажущимися скоростями Чк =

Z. где 2 — каротажная ось,. совпадающая с осью скважинного прибора, - время прихода волны в точки наблюдения (начало координат совпадает с центром иэ- 30 лучателя акустической эйергии) и по-. давлять мешающие волны, имеющие мень шие кажущиеся скорости.

Поскольку излучатель расположен не посредственно в центре группы приемни35 ков, то вызванные им акустические волны, отраженные от коаксиальных границ зон, окружающих скважину, при соответствующем выборе базы группнрования проходят практически одновременно на

-Р 40 все приемники, т. е. их Ч вЂ” ь со и они усиливаются, в то время как мешающие регулярные волны, головные Р,Р.,Р и P0S< Р0 и гидроволна Р, распространяющиеся по буровому раствору и стенке скважины, проходят последовательно на каждый приемник, их кажущиеся скорос-. ти совпадают с их истинными скоростями, т. е. имеют конечное значение, и эти волны подавляются.

Амплитудно-частотная характеристика

Sk rig этой системы имеет выражение Н=

T = -- — - -0-, где — частота рег стра. QVк

mm (основная частота пропускания полосового фильтра).

Для того чтобы подавить волн -помеи ху с кажущейся скоростью Ч; при фкмсированной базе группировання 20, надо, чтобы H=O, тогда g y =О, т. е.

10 6

ТСla — =ni",, raen 1, 2,3,4ит. д.

С.амыми высокоскоростными регуляр2ЧЧ ными волнами-помехами для работы tfpea-" лагаемого устройства являются головные волны Р Р„Ро которые имеют кажушие ся скорости от 2000 до 6500 м/с, Исходя из того, что минимальный диаметр прискважинной зоны D = Здс, rae

a -. диаметр скважины (Зс0,2), заметное различие в кажущихся скорос тях (в 2-3 раза) между волнами, отраженными от коаксиальных границ, и мешающими регулярными волнами наблюдаZa ется на удаленных от излучателя — 0,6. т. е. минимальный базой группирования . может быть Zg=1,2 м, Взяв и 2 (aps этом обеспечивается, подавление волны помехи примерно в 10 раз), получим, что 4Q<

t1 (1)

zo

1= принимает значение от 7 до 20 кГц, т. е. частота рабочих частот устройства лежи:. в пределах 7-20 кГц. На таких частотах можно производить зондирование на глубину до нескольких метров от стенки скважины.

С другой стороны, формула (1) позволяет выбирать минимальную баэ „группирования 2о ), — к-, или ) 2. у (2)

4V" " 0 к

Максимальный размер базы . определяется конкретными условиями стоящей задачи. Расстояние между соседними приемниками в группе выбирается из соотношения к ®.

Использование устройства позволит уверенно выделять волны, отраженные от коаксиальных границ зон, окружающих скважину, используя при этом достаточно низкую частоту зондирования 7-20 кГц, что позволит увеличить глубинность и следования до нескольких метров от стен-, ки скважины, измерять время прихода отраженных волн после момента иэлуче ния и их амппиутду, т. е. изучать строение прискважинного пространства, что дает возможность определять коллекторные свойства пород, пройденных скважиной, и контролировать техническое состояние скважины.

Формула изобретения

7 91 каротажным кабелем, с наземным блоком, при этом скважинный прибор содержит зонд, состоящий из излучателя и приемника, генератор импульсов запуска и:ьлучателя, соединенный с .излучателем и согласующим устройством, и блок формирования и передачи сигнала„ а наземный блок содержит согласующее устройство и регнстратор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с аделью повышения глубинности исследования околоскважинного пространства зонд скважинного прибора сос- . тоит из группы акустических приемников, раслоложенных вдоль оси зонда, в центре группы, деля ее на две подгруппырерхнюю и нижнюю, находится широкополосный излучатель акустических сигналов,,на входе блока формирования и передачи сигнала установлены смесители электрических сигналов от акустических прием1410 ников, а наземный блок имеет перестраиваемый полосовой фильтр, при этом выходы приемников соединены со смесителями, выходы последних подключены к входу блока формирования и передачи сигнала, который подсоедийен к каротажному кабелю, а в наземном блоке;каротажный кабель соединен с согласую шим устройством, выход которого соединен с регистратором и перестраиваемым полосовым фильтром, выход последнего подсоединен к регистратору.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Ивакин Б. Н., Kapyc Е.В., Кузнецов О.А. Акустический метод исследования скважин. М., Недра, 1978. с. 152156.

2. Там же, с. 162-164 (прототип).

ВНИИПИ Заказ 1117/35 Ти аж 719 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4