Способ выявления аномальных скачков порового давления на границах разделов в непробуренных геологических формациях и система для осуществления этого способа

1. Система (100) для выявления аномальных скачков порового давления на границах разделов в непробуренных геологических формациях, характеризующаяся тем, что она содержит бур (10) для бурения формации, электроакустический преобразователь (20), содержащий передатчик (21) и приемник (22) и интегрированный в указанный бур (10), при этом указанный электроакустический преобразователь (20) связан с электронным обрабатывающим блоком (30), предназначенным для питания указанного электроакустического преобразователя (20), генерации пилот-сигналов указанного электроакустического преобразователя (20) и обработки данных, полученных указанным электроакустическим преобразователем (20).
2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что указанный бур (10) имеет по меньшей мере одну буровую поверхность (12), из которой выступает указанный электроакустический преобразователь (20), при этом электроакустический преобразователь (20) имеет ось (А), по существу перпендикулярную указанной буровой поверхности (12).
3. Система по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что указанный передатчик (21) содержит пьезоэлектрический передающий преобразователь (35) для генерации звуковых волн, связанный со средством (34) выработки пилот-сигнала.
4. Система по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что указанный приемник (22) содержит пьезоэлектрический приемный преобразователь (29) для приема звуковых волн, связанный с аналоговым средством (27) предварительной обработки принятого сигнала.
5. Система по п. 4, отличающаяся тем, что указанное аналоговое средство (27) предварительной обработки принятого сигнала содержит первую цепь (27а) автоматической регулировки усиления, цепь (27b) вычитания, вторую цепь (27с) автоматической регулировки усиления, цепь (27d) умножения и фильтр (27е) нижних частот, включенные друг за другом.
6. Система по п. 3, отличающаяся тем, что указанный пьезоэлектрический передающий преобразователь (35) содержит пакет (23) из керамических слоев (23с), каждый из которых снабжен электродами (23d), при этом указанный пакет (23) из керамических слоев (23с) ограничен на первом конце (23а) неподвижной опорой (26) и оканчивается на втором конце (23b) массой (24).
7. Система по п. 6, отличающаяся тем, что указанная масса (24) оканчивается слоем материала, обеспечивающим согласования импеданса с формацией.
8. Система по п. 3, отличающаяся тем, что указанный пьезоэлектрический передающий преобразователь (35) содержит пакет из керамических слоев, каждый из которых снабжен электродами.
9. Система по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что указанный пьезоэлектрический приемный преобразователь (29) представляет собой гидрофон, содержащий две керамические полусферы (25), погруженные в масло.
10. Система по п. 9, отличающаяся тем, что указанный пьезоэлектрический приемный преобразователь (29) содержит электронное обрабатывающее средство (28) для предварительного усиления принятого сигнала.
11. Способ (200) выявления аномальных скачков порового давления на границах разделов в непробуренных геологических формациях, характеризующийся тем, что он включает следующие фазы:
- генерирование (210) посредством электроакустического преобразователя (20) первых звуковых волн давления в направлении оси (А) указанного электроакустического преобразователя (20) и прием отраженного сигнала в виде отраженных первых звуковых волн давления, создаваемых по меньшей мере на одной границе раздела (50) вследствие перехода от первой (51) ко второй (52), отличной от нее, геологической формации, которые расположены последовательно вдоль направления (А) излучения указанного электроакустического преобразователя (20);
1
- на основе указанного принятого отраженного сигнала, вычисления (220) скорости (v) указанных первых генерируемых звуковых волн давления и расстояния (d) между указанным электроакустическим преобразователем (20) и указанной по меньшей мере одной границей раздела (50);
E
- генерирование (230) посредством электроакустического преобразователя (20) вторых звуковых волн давления в направлении указанной оси (А) электроакустического преобразователя (20) и определение (240) электрического импеданса (Z) на контактах указанного электроакустического преобразователя (20);
E
- оценку (250), на основе указанного электрического импеданса (Z), множества характеристических параметров указанных первой (51) и второй (52) геологических формаций; и
1
- оценку (260) давления в указанной второй геологической формации (52) на основе указанной звуковой скорости (v) и указанного расстояния (d), а также указанного множества характеристических параметров.
12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что указанная фаза (210) генерирования первых звуковых волн давления включает генерирование непрерывного сигнала, частота которого меняется со временем.
13. Способ по п. 11 или 12, отличающийся тем, что указанная фаза (220) вычисления на основе принятого отраженного сигнала включает фазу аналоговой предварительной обработки принятого отраженного сигнала, которая включает следующие шаги:
- усиление и выравнивание (221) указанного принятого отраженного сигнала по амплитуде с уровнем пилот-сигнала, переданного в указанный электроакустический преобразователь (20) для генерирования указанных первых звуковых волн давления;
- вычитание (222) указанного пилот-сигнала из указанного принятого отраженного сигнала;
- усиление (223) сигнала, полученного на указанной фазе (222) вычитания, и выравнивание его по амплитуде с уровнем указанного пилот-сигнала;
- умножение (224) сигнала, полученного на указанном шаге (223) усиления, на указанный пилот-сигнал;
B
- фильтрование (225) умноженного сигнала и извлечение частоты биений (f) указанного сигнала.
14. Способ по п. 11 или 12, отличающийся тем, что указанная фаза (220) вычисления на основе принятого отраженного сигнала включает следующие шаги:
A
B
- выполнение по меньшей мере двух измерений времени прохождения (τ и τ), необходимого, чтобы указанные первые звуковые волны распространились от указанного электроакустического преобразователя (20) к указанной границе раздела (50) и возвратились к указанному электроакустическому преобразователю (20), в двух местоположениях на известном расстоянии (Δd) друг от друга;
1
A
B
- вычисление указанной звуковой скорости (v) на основе указанных двух измерений времени прохождения (τ и τ) и указанного известного расстояния (Δd) согласно уравнению
1
- вычисление расстояния (d) между электроакустическим преобразователем (20) и по меньшей мере одной границей раздела (50) на основе указанной звуковой скорости (v) согласно уравнению
.
A
B
B
15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что указанное измерение времени прохождения (τ и τ) производят на основе указанной частоты биений (f), определенной на шаге фильтрования (225), согласно уравнению
,
где ΔF - диапазон частот и Т - длительность указанных первых звуковых волн давления.
16. Способ по п. 11 или 12, отличающийся тем, что указанная фаза (230) генерации вторых звуковых волн давления включает генерирование непрерывного сигнала одного тона в заданной полосе частот.
E
17. Способ по п. 11 или 12, отличающийся тем, что указанный электрический импеданс (Z) связан с указанным множеством характеристических параметров указанных первой (51) и второй (52) геологических формаций согласно модели, описываемой следующими уравнениями:
18. Способ по п. 11 или 12, отличающийся тем, что указанное множество характеристических параметров указанных первой (51) и второй (52) геологических формаций, полученное на указанном шаге (250) оценки, включает:
01
02
- скорость (v, v) на предельно низкой частоте;
∞1
∞2
- скорость (v, v) на предельно высокой частоте;
1
2
- плотность двухфазной среды (ρ, ρ) и
C1
C2
- характеристическую частоту (ω, ω).
19. Способ по п. 11 или 12, отличающийся тем, что указанное множество характеристических параметров указанных первой (51) и второй (52) геологических формаций, полученное на указанном шаге (250) оценки, включает для каждой частоты, анализируемой в заданной полосе:
1
2
- скорость звука (v, v);
1
2
- плотность (ρ, ρ); и
1
2
- затухание (α, α);
при этом
E
- указанные фазы генерации (230) вторых звуковых волн давления и вычисления (240) электрического импеданса Z(ω) повторяют по меньшей мере в двух различных местоположениях;
1
- скорость (v) звука в первой среде принимают постоянной при изменении частоты и равной значению, полученному на указанной фазе вычисления (220); и
1
- затухание (α) считают равным нулю.
20. Способ по п. 11 или 12, отличающийся тем, что указанная фаза (260) оценки давления во второй геологической формации (52) включает сравнение указанного множества характеристических параметров первой (51) и второй (52) геологических формаций с набором характеристических параметров пород при различных давлениях, полученным заранее при лабораторных измерениях.
21. Способ по п. 11 или 12, отличающийся тем, что указанная фаза (260) оценки давления во второй геологической формации (52) включает использование модели физических свойств породы, которая связывает указанное множество характеристических параметров первой (51) и второй (52) геологических формаций с поровым давлением в соответствующей формации (51, 52).