БЛОК УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ДАТЧИКОВ ДЛЯ СИСТЕМЫ СКВАЖИННОГО АКУСТИЧЕСКОГО СКАНИРОВАНИЯ

Заявленное техническое решение относится к геофизическим приборам, в частности, к ультразвуковым датчикам, которые применяются для исследования обсаженных и необсаженных скважин методом акустического каротажа.
Из уровня техники, выявленного на дату подачи заявки известно устройство для акустического каротажа скважин, в состав которого входит блок ультразвуковых датчиков в составе: отдельного излучателя акустического сигнала и четырех ортогонально расположенных приемных датчиков, работающих на низких частотах ультразвуковых сигналов. (RU №57360, G01V 1/40, 2006).
Недостатком указанного устройства является низкая разрешающая способность при сканировании поверхности скважин, обусловленная использованием низкочастотных ультразвуковых сигналов и отсутствием возможности получать информацию о фазовых сдвигах отраженных сигналов.
Сущность заявленного технического решения заключается в том, что блок ультразвуковых датчиков для системы скважинного акустического сканирования, представляет собой реализацию схемы интерферометра с датчиками, работающими на одной резонансной частоте и состоящий из одного центрального узконаправленного приемо-передающего элемента и не менее 4 широконаправленных приемных элементов равномерно расположенных по окружности вокруг центрального.
Задача, на решение которой направлена заявленная полезная модель, заключается в устранении вышеназванных недостатков, т.е. в повышении разрешающей способности акустического сканера при проведении промыслово-геофизических исследований обсаженных и необсаженных скважин.
Данная задача достигается за счет:
- использования высокочастотных ультразвуковых датчиков;
- регистрации фазовых сдвигов отраженных акустических сигналов несколькими датчиками;
- использования кросс-корреляционных функций между каналами для определения групповой и фазовой задержки сигналов от разных датчиков.
Техническим результатом, обеспечиваемым техническим решением, является:
- повышение разрешающей способности при сканировании обсаженных и необсаженных скважин;
- повышение точности дефектоскопии обсадной колонны скважины;
- исключение влияния нестабильности фазы (либо формы) излучаемого импульса на оценку групповых и фазовых задержек;
- увеличение вероятности обнаружения продуктивных пластов.
Заявленное устройство поясняется Фиг. на которой показан блок ультразвуковых датчиков для системы скважинного акустического сканирования (вид сверху).
Устройство выполнено из корпуса 1, периферийных широкополосных датчиков 2, центрального узкополосного приемо-передающего датчика 3, насадки 4 шагового двигателя.
Блок ультразвуковых датчиков включает в себя корпус 1 и жестко закрепленные датчики 2 и 3, датчик 3 является узконаправленным приемопередающим, а периферийные датчики 2, равномерно расположенные по кольцу относительно центрального (3), работают только на прием. Датчики представляют собой известные на рынке высокочастотные пъезоэлементы, изготовленные их материала ЦТС-26 с серебряным покрытием. Блок ультразвуковых датчиков крепится на насадку 4 шагового двигателя, который в свою очередь осуществляет вращение со скоростью в диапазоне от 10 до 20 оборотов в секунду и обеспечивает круговое механическое сканирование исследуемой поверхности.
Устройство работает следующим образом. Центральный датчик 3 излучает ультразвуковой узконаправленный сигнал длительность порядка 10 мкс, который отражается от стенок скважины. Далее центральный датчик 3 переключается на прием. Отраженный сигнал фиксируется центральным 3 и периферийными датчиками 2. Данные полученные от датчиков записываются в ПЗУ для дальнейшей обработки с использованием прикладного программного обеспечения.
Выявление дефектов поверхности (щелей в стенке скважины и др.) строится на основе анализа относительных задержек сигналов, отраженных от одной области на стенке скважины и зарегистрированных различными датчиками.
Групповая и фазовая задержка сигналов от разных датчиков определяется на основе анализа кросс-корреляционных функций между каналами.
Кросс-корреляционная функция представляет собой набор коэффициентов корреляции между сигналами с двух каналов при различном временном сдвиге этих сигналов друг относительно друга. Таким образом, кросс-корреляционная функция будет иметь максимум, соответствующий временному сдвигу, при котором сигналы с двух каналов имеют наибольшую степень статистической взаимосвязи (степень схожести). Значение этого временного сдвига и принимается за оценку групповой задержки. Для оценки фазовой задержки используется комплексная кросс-корреляционная функция, построенная на основе комплексного представления сигналов.