RU1804634C - Способ нелинейного акустического каротажа - Google Patents

Abstract

Использование: в скважинных геофизических исследовани х. Сущность изобретени : способ позвол ет измер ть скорость объемных звуковых волн в среде. Это достигаетс  синтезированием в среде объемной нелинейной антенны, представл ющей собой область взаимодействи  амплитудно- модулированной волны накачки (расход щейс  цилиндрической волны со сход щимс  волновым фронтом) с исследуемой средой, При этом формирование начальной апертуры акустической волны в виде зон Френел  обеспечивает однозначную св зь между параметрами F, hn и А c/f, где F - фокусное рассто ние волнового фронта; hn - координаты границ зон Френел ; А- длина волны в среде, При заданных частоте f высокочастотного заполнени  и размерах зон Френел  фокусное рассто ние F целиком определ етс  значением скорости с объемных звуковых волн. Это позвол ет измерением времени задержки между передним фронтом излучаемого импульса и первым вступлением низкочастотной волны,  вл ющейс  результатом нелинейного преобразовани  волны накачки в фокальной области сход щегос  фронта, определить скорость с объемных звуковых волн по формуле с hi 2f/Ta -где 2ni -.размер первой зоны Френел ; а- коэффициент геометрической расходимости. 1 ил. ел С

Description

Изобретение относитс  к скважинным геофизическим исследовани м и может быть использовано дл  определени  свойств пород в околоскважинном пространстве .

Цель изобретени  - расширение области применени  способа,

В предлагаемом способе за счет воздействи  на нелинейную среду расход щейс  цилиндрической волной со сход щимс  волновым фронтом синтезирована объемна  нелинейна  антенна, представл юща  собой область взаимодействи  волны накачки с исследуемой средой. Эффективность излучени  реализованной антенны неравномерна и максимальна в фокальной области сход щегос  волнового фронта.

Сходимость волнового фронта обеспечиваетс  формированием начальной апертуры акустической волны в виде зон Френел , при этом задаетс  Ьв зь между параметрами F, hn, А, где F - фокусное рассто ние волнового фронта; hn - координаты границ зон Френел ; А - длина волны в среде на частоте высокочастотного заполнени  f. Размер первой зоны определ етс  формулой

hi FaA (1) где а - коэффициент, учитывающий возможность распространени  от центра и от

00

о

Јь Os

со

со

кра  зоны Френел  волн с разными геометрическими расходимост ми.

При рассмотрении плоской зонной структуры и случаев, к ней свод щихс , например случа  с цилиндрической симметрией при г0 Я, где г0 - начальный радиус апертуры, при заданных частоте f высокочастотного заполнени  и размерах зон Френел  фокусное рассто ние F целиком определ етс  значением скорости с объемных звуковых волн. В то же врем  фокусное рассто ние F и скорость с определ ют значение временной задержки Т между моментом времени, соответствующим переднему фронту излучаемого импульса, и моментам первого вступлени  низкочастотной волны:

Т -.(2)

Совместное решение уравнений (1) и (2) позвол ет однозначно определить скорость с объемных звуковых волн.

При приеме низкочастотной волны так же, как и в прототипе, используют временное разделение между излучением волны накачки и приемом низкочастотной волны. Это позвол ет избежать приема паразитного низкочастотного сигнала, образованного на нелинейности излучающих элементов, и однозначно прин ть низкочастотную волну, образованную при нелинейном преобразовании исходного сигнала в фокальной области системы.

На чертеже приведен вариант структурной схемы устройства, с помощью которого может быть реализован предложенный способ нелинейного каротажа.

Устройство содержит блок 1 генератора , выход которого через фильтр 2 высокой частоты соединен с размещенной в скважине приемоизлучающей антенной 3.

В конкретной реализации антенна 3 выполнена в виде зонной линзы Френел  и содержит подключенные к общей шине питани  элементы 4. заполн ющие апертуру. В четных и нечетных зонах элементы 4 подключены к шине питани  противофазно. Каждый элемент 4 представл ет собой электроакустический цилиндрический преобразователь , возбуждаемый на нулевой радиальной моде. Приемоизлучающа  антенна 3 соединенна  через фильтр 5 низкой частоты, блок 6 ключа с блоком 7 усилени  и блоком 8 регистрации. Второй вход блока 6 подключен к управл ющему выходу блока 1.

Предложенный способ нелинейного акустического каротажа реализуетс  следующим образом.

Возбуждают в скважине цилиндрически расход щуюс , прот женной апертуры, со

0

5

0

5

0

сход щимс  волновым фронтом акустическую волну накачки с узким спектром в виде импульса или последовательности импульсов с низкочастотным, модулированным по амплитуде заполнением. Дл  этого формируют с помощью блока генератора 1 электрический сигнал в виде импульса или последовательности импульсов с высокочастотным , модулированным по амплитуде за- полнениемс параметрами, удовлетвор ющими соотношени м

,. (3) где т- длительность импульса;

с - расчетна  скорость звука в среде;

F - расчетное фокусное рассто ние.

Сигналом, сформированным блоком генератора 1, через фильтр 2, который подавл ет возможную низкочастотную составл ющую, возбуждают элементы 4 приемоизлучающей антенны 3, В блок 8 сигнал не поступает, так как его частота лежит в области непропускани  фильтра 5.

Фазовый фронт - акустической волны вдоль скважины сформирован по принципу зонной линзы Френел , т.е. представл ет собой набор чередующихс  зон с противоположными фазами. Закон образовани  зон может иметь вид

hn V(F+JU )

(4)

5

0

5

0

где hn - координаты границ зон;

п 0,1,2...

Противофазное подключение элементов 4 достигаетс  тем, что в четных зонах элементы 4 присоедин ютс  к общей шине питани  параллельно, а в нечетных - встречно-параллельно . Вследствие этого максимальный фазовый сдвиг между колебани ми, возбуждающими отдельными элементами 4, в фокальной области меньше л, а компенсаци  пол  отсутствует, что обеспечивает высокую интенсивность акустического пол  в фокальной области.

Принимают в области излучающей апертуры с помощью приемоизлучающей антенны 3 низкочастотную волну,  вл ющуюс  результатом нелинейного преобразовани  в фокальной области излученного импульса. Прием осуществл ют в заданном временном интервале At:

2F/c At 2 F/ c+ r.(5)

Дл  этого сигнал с элементов 4 приемо- 5 передающей антенны 3 через фильтр 5 передают на блок 6 ключа. Блок 6, управл емый синхроимпульсом от блока 1 генератора, формирует временное окно At, во врем  которого полезный низкочастотный сигнал через усилитель 7 поступает на блок 8 регистрации. Затем измер ют с помощью блока 8 временную задержку Т между передним фронтом излучаемого импульса и первым вступлением низкочастотной волны (врем  нахождени  переднего фронта на излучающей апертуре - to 0). Скорость с объемных звуковых волн в среде определ ют по формуле

с V .

Т

где f - частота высокочастотного заполнени ;

2hi - размер первой зоны Френел .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ нелинейного акустического каротажа , включающий возбуждение в скважине цилиндрически расход щейс  акустической волны прот женной апертуры со сход щимс  волновым фронтом и узким спектром в виде импульса с высокочастотным модулированным по амплитуде запол0

   5

   нением, прием в области излучающей апертуры в заданном временном интервале низкочастотной волны из фокальной области сход щегос  волнового фронта, и определение характеристики среды по одному из ее параметров, отличающийс  тем, что, с целью расширени  области применени  способа, начальную апертуру расход щейс  акустической волны формируют в виде зон Френел , измер ют временную задержку Т между передним фронтом излучаемого импульса и первым вступлением низкочастотной волны, а о среде суд т по скорости с объемных звуковых волн, определ емой исход  из соотношени :

   .

   2Т

   где f - частота высокочастотного заполнени  излучаемого импульса;

   2hi - размер первой зоны Френел ; а - коэффициент геометрической расходимости .