МОДУЛЬ АКУСТИЧЕСКОГО КАРОТАЖА

МОДУЛЬ АКУСТИЧЕСКОГО КАРОТАЖА
Полезная модель относится к технике для геофизических исследований скважин и может применяться при измерениях характеристик упругости горных пород в скважинах с открытым стволом и оценке качества цементирования обсадных колонн. Модуль может использоваться как в связках с другими каротажными модулями, так и автономно.
Известны приборы акустического каротажа, содержащие измерительные зонды, включающие в себя излучатели и приёмники упругих колебаний, разделённые акустическими изоляторами  1 . В этих приборах компенсация влияния скважинных условий на результаты измерений производится за счёт установки излучателей по разные стороны от приёмников, образующих измерительную базу. Такая конструкция измерительного зонда обуславливает размещение низко- и высокотоковых вводов в мосте, через который зонд соединен с электронным блоком, что приводит к относительно высокому уровню электрических наводок в приёмном тракте. Наличие наводок от импульсов запуска излучателей не позволяет производить точные измерения параметров волн короткими измерительными зондами (1-2 метра), применяемыми, в частности, в акустической цементометрии. Кроме того приборы в зондах, излучатели которых расположены по разные стороны от приемников, имеют относительно больщую длину (5,5 - 6,0 метров) и поэтому не удобны для применения в качестве модулей связок скважинных геофизических комплексов.
МПКОО Vl/40
Наиболее близким по совокупности общих признаков к предлагаемой полезной модели является модуль акустического каротажа АК-П, содержащий измерительный зонд, электронный блок, узлы стыковки с другими каротажными модулями и центраторы, причём измерительный зонд включает в себя пары идентичных излучателей и приёмников, разделённые акустическими изоляторами, а электронный блок имеет телеметрическую линию связи, генератор импульсов возбуждения излучателей и узел приёма сигналов от приёмников и передачи их на поверхность  2 . Этот прибор конструктивно представляет собой состыковку по нижним окончаниям двух приборов с трёхэлементными зондами, измерительные базы которых образованы приёмниками, размещёнными в нижней части зонда. В конфигурации компенсированного зонда используются излучатели обоих трехэлементных зондов и приёмники одного из них. Таким образом, генератор импульсов запуска одного из излучателей и схема приёмнопередающего тракта размещены в общем отсеке и, соответственно, подводящие провода к излучателю и приёмникам подсоединены к электровводам, расположенным в одном мосте. Общая длина прибора составляет 11,5 метров, масса 220 кг, поэтому для соединения отдельных частей прибора применяются гибкие соединения с использованием геофизического кабеля. Излучатели и приёмники установлены в герметичные контейнеры, заполненные кремнийорганической жидкостью. Для компенсации гидростатического давления в контейнерах служат резиновые мембраны.
Такая конструкция скважинного прибора имеет ряд существенных недостатков, снижающих эксплуатационные и метрологические характеристики:
-низкие значения отношения сигнал/шум, из-за большой длины зонда, наличия гибких соединений и высокого уровня наводки от импульса запуска излучателя вследствие прохождения через узел стыковки электронного блока с зондом проводов, подсоединенных к излучателю и приемникам.
-низкая надежность, связанная с применением резиновых манжет компенсаторов давления,
-повышенная аврийность при спуско-подъемных операциях из-за применения геофизического кабеля в гибких соединениях,
-неудобство транспортировки и сборки из-за больших габаритов и массы.
Перечисленные недостатки служат причиной низкой точности измерений параметров волн, особенно в наклонных скважинах, а также низкой надежности прибора.
Предлагаемый модуль акустического каротажа решает задачу повышения точности измерений параметров головных волн в скважинах с открытым стволом и волны по обсадной колонне путём компенсации влияния скважинных условий на результаты измерений короткими зондами, увеличения отношения сигнал/шум и снижения уровня наводок на входные цепи.
Задача решается тем, что в модуле акустического каротажа, содержаш;ем измерительный зонд, электронный блок, узлы стыковки с другими каротажными модулями и центраторы, в котором измерительный зонд включает в себя пары идентичных излучателей и приёмников, разделённых акустическими изоляторами, а электронный блок имеет телеметрическую линию связи, генератор импульсов возбуждения излучателей и узел приёма сигналов от приёмников и передай их на поверхность, излучатели и приёмники установлены на противоположных
сторонах измерительного зонда, а электронный блок, на котором установлены центраторы, разделён на два отсека, жёстко нрисоединённых к концам зонда, при этом отсек, содержащий телеметрическую линию связи и узел нриёма сигналов приёмников и передачи их на поверхность, присоединён со стороны приёмников, а отсек, содержащий генератор импульсов возбуждения излучателей присоединен со стороны излучателей, вторыми торцами отсеки электронного блока соединены с узлами стыковки с другими каротажными модулями.
Кроме того, в модуле акустического каротажа каждый излучатель выполнен из двух магнитострикционных колец с общей обмоткой возбуждения, помещенных в стальной стакан, заполненный непроводящей электрический ток жидкостью и снабжённый компенсатором давления в форме тонкостенной фторопластовой трубки, причём стакан разделён с корпусом зонда зазором, герметизированным уплотнительными кольцами.
Кроме того, в модуле акустического каротажа каждый приёмник выполнен в форме пьезокерамической сферы и закреплён в герметичном контейнере, образованном оболочкой из фторопласта, в один торец которой ввинчена заглушка с заливочным отверстием и винтом уплотнителя электроввода, а во второй вставлен подвижный поршень.
Техническая сущность полезной модели поясняется чертежами:
на фиг. 1 изображен общий вид модуля акустического каротажа;
на фиг.2 изображен продольный разрез излучателя
на фиг. 3 изображен продольный разрез приёмника;
на фиг.4 изображена схема компенсации скважинных условий на результаты измерений параметров головных волн;
на фиг.5 изображен планшет диаграмм геофизических параметров, полученных в скважине с открытым стволом, пример измерения интервального времени головной продольной волны.
Модуль акустического каротажа содержит измерительный зонд 1, электронный блок 2 и 3, узлы стыковки с другими каротажными модулями 4 и центраторы 5. Измерительный зонд 1 включает в себя пары идентичных излучателей 6 и 7 и приёмников 8 и 9, установленных на противоположных сторонах зонда 1 и разделённых акустическими изоляторами 10, а электронный блок 2 и 3 имеет телеметрическую линрпо связи, генератор импульсов возбуждения излучателей и узел приёма сигналов от приёмников и передачи их на поверхность (на чертеже не показаны). Расстояние между излучателями и приемниками в парах по 0,4 м, а между излучателем 6 и приемником 9 составляет 1 м. Электронный блок 2 и 3, на котором установлены центраторы 5, разделён на два отсека, жёстко присоединённых к концам измерительного зонда 1, при этом отсек
2,содержащий телеметрическую линию связи и узел приёма и передачи сигналов приёмников, присоединён со стороны приёмников 8 и 9, а отсек
3,содержащий генератор импульсов возбуждения излучателей присоединен со стороны излучателей 6 и 7. Вторыми торцами отсеки электронного блока 2 и 3 соединены с узлами стыковки с другими каротажными модулями 4.
Узел каждого излучателя 5 и 6 (фиг.2) содержит два кольца 11 из магнитострикционного материала, например пермендюра с общей обмоткой возбуждения (на чертеже не показана), которые помещены в герметичный стальной стакан, 12 заполненный кремнийорганической жидкостью и снабжённый компенсатором давления 13, выполненным в форме тонкостенной фторопластовой трубки. Стальной стакан 12 установлен на корпус измерительного зонда 1 с зазором 14, герметизированным уплотнительными кольцами 15.
закреплённой в герметичном контейнере, образованном оболочкой из фторопласта 17, заглушкой 18 и подвижным поршнем 19. Заглушка 18 и поршень 19 выполнены из капролона. К заглушке 18 прикреплена сфера 16, ввинчены пробка заливочного отверстия 20 и винт уплотнителя токопроводяш;его провода 21,
Схему компенсации скважинных условий на результаты измерений при пересечении границы раздела двух сред со скоростями распространения продольной волны VI и V2 поясняет фиг.4. Излучатели 6 и 7 обозначены И1 и И2, а приемники 9 и 8 - П1 и П2 соответственно. Стрелками обозначены лучи фронтов головной волны.
Результаты измерений интервальных времен продольной волны в скважине показаны на планшете геофизических параметров фиг.5. В колонках планшета слева направо приведены:
-глубина скважины в метрах,
-кривая бокового каротажа БК-3 и кавернограмма ДС,
-кривая интервального времени, измеренного трёхэлементным зондом П2П1И2, At кров.,
-кривая интервального времени, измеренного трёхэлементным зондом П2И1И2, At подош.,
-кривая интервального времени компенсированного зонда At компл.,
-фазо-корреляционная диаграмма ФКД зонда ШИь
Модуль акустического каротажа работает в составе связки приборов, пристыкованных: к узлам стыковки 4, и управляется командами каротажной лаборатории, посылаемыми в соответствующих временных окнах так, чтобы на один квант глубины, поступаюп ий через каждые 0,2 метра, приходилось четыре опроса, в каждом из которых используется один излучатель 6 или 7 и один приёмник 8 или 9. Команды принимаются
и дешифрируются телеметрической линией связи отсека 2 электронного блока 2 и 3. Команда конвертируется из последовательного кода Манчестер-2 в параллельный код, которым управляется подключение одного из приёмников 8 или 9 к входу узла приёма и передачи сигналов, производится установка коэффициента передачи сигналов, а также подключение обмотки одного из излучателей 6 или 7 к генератору импульсов возбуждения отсека 3. Акустические колебания, прошедшие вдоль скважины от излучателя до приёмника, преобразуются в электрические сигналы, которые по геофизическому кабелю передаются к каротажной лаборатории, где оцифровываются и записываются на жёсткий диск компьютера. По цифровым образам зарегистрированных сигналов вычисляются параметры головных волн. Импульс возбуждения излучателя, проходя по обмотке, вызывает магнитный поток в пермендюровых кольцах 11, которые деформируются, производя акустические колебания в окружающей среде, в том числе и корпусе зонда. Однако из-за того, что стакан 12, в котором установлен излучатель, отделён от корпуса герметичным зазором 14, акустические колебания от излучателя подходят к корпусу сильно ослабленными. Кроме того, акустические изоляторы 10 ослабляют волну по корпусу зонда и шумы от скольжения центраторов 5 по стенке скважины. Так как токоподводяшие провода излучателей соединены только с отсеком 3 электронного блока, электромагнитная наводка на входные цепи узла приёма и передачи сигналов отсека 2 отсутствует в первых вступлениях сигнала. Высокое значение сигнала обеспечивается относительно малыми длинами зондов и жёсткой центровкой модуля в скважине. Низкие значения амплитуд шумов и наводок при высоких амплитудах полезного сигнала обеспечивают отношение сигнал/помеха не менее 50 дБ для волны по обсадной колонне 146 мм при скорости каротажа 1000 м/ч. Компенсация гидростатического
давления в скважине осуществляется за счёт сжатия не проводящей электрический ток жидкости при деформации компенсатора давления 13 излучателя и перемещений подвижного порщня 19 в оболочке из фторопласта герметичного контейнера 17 приемника.Поскольку в блоках излучателей и контейнерах приёмников компенсаторы гидростатического давления выполнены из фторопласта и не содержат резиновых манжет, модуль может работать в любых агрессивньгх средах, включая насыщенную газом нефть. Компенсация влияния скважинных условий, в частности кавернозности ствола скважины, на результаты измерений производится по схеме (фиг.4), путём вычисления параметров головных волн для двух трёхэлементных зондов П2П1И2 и П2И1И2 со встречной системой наблюдений AtepoB и АШодош (фиг.5) и последующим расчётом средних значений параметров после сдвига кривых подощвенного зонда на глубину равную расстоянию между точками записи (центрами пар излучателей и приёмников), уменьщенную на два сейсмических сноса AtKOMn. Компенсированная кривая свободна от искажений кривых трёхэлементных зондов и достоверно отображает акустические свойства геологического разреза, на что указывает корреляция с кривой бокового каротажа БК-3. Фазо-корреляционная диаграмма ФКД показывает, что полезный сигнал уверенно регистрируется даже в интервале кавернозного ствола скважины (затемнен в соответствии с кавернограммой ДС), причём в первом вступлении сигнала отсутствуют щумы и помеха от наводки на входные цепи.
Таким образом, при использовании данного модуля головные волны регистрируются в условиях высокого отнощения сигнал/щум, за счет применения относительно коротких жёстких зондов и отсутствия наводки от импульса запуска излучателя на входные цепи узла приёма и передачи сигналов. В тоже время, измеренные параметры свободны от искажений.
вызванных влияннем скважинных условий на результаты измерений, поэтому они измеряются с высокой точностью.
Кроме того, модуль надежен и удобен нри эксплуатации, поскольку не имеет гибких соединений и транспортируется без разборки на составные части. Модуль может работать в агрессивных средах, включая насыщенную газом нефть, так как манжеты компенсаторов давления выполнены из фторопласта.
фторопласта, в один отверстием и винтом подвижный поршень. торец которой ввинчена заглушка с заливочным уплотнителя электроввода, а во второй вставлен
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1.Ивакин Б.Н., Карус Е.В., Кузнецов О.Л. Акустический метод исследования скважин. М., Недра, 1978, Стр.135 - 139.
2.Геологоразведка - 90 (экспонаты СССР).// М.: Выставочный комплекс на Красной Пресне, 1990 г. Прототип