SU394743A1 - DEVICE FOR PULSE ULTRASONIC CAROTATION OF WELLS - Google Patents

Description

1one

Изобретение относитс  к устройствам дл  исследовани  буровых скважин любых типов с целью построени  их геологических или литологических разрезов, а также установлени  прочностных характеристик слагающих скважину пород.The invention relates to devices for investigating boreholes of any type in order to construct their geological or lithological sections, as well as to establish the strength characteristics of the rocks composing the well.

Известны устройства дл  импульсного ультразвукового каротажа скважин, основан .ные на регистрации скорости распространени  или затухани  упругих колебаний, состо щие из скважинного снар да, содержащего генератор импульсов, резонансный усилитель, иьезоэлектрические излучатель и приемник упругих колебаний, и регистрирующей схемы. Недостатком таких устройств  вл етс  мала  разрещающа  способность способа измерений и громоздкость скважипного снар да.Pulsed ultrasound well logging devices are known based on recording the propagation or attenuation rate of elastic oscillations, consisting of a wellbore containing a pulse generator, a resonant amplifier, a resonator and an elastic oscillation receiver, and a recording circuit. The disadvantage of such devices is the low resolution of the measurement method and the bulkiness of the well projectile.

Дл  повышени  точности, ускорени  процесса измерений и сокращени  размеров скважинного снар да в предлагаемом устройстве генератор импульсов вынолнен по схеме мультивибратора в автоколебательном режиме, а резонанспый усилитель - по широкополосной схеме, на выходе которой включены детектор и интегрирующий каскад. Пьезоэлектрические излучатель и премник упругих колебаний выполнены каждый, например, из п ти источников ультразвука, соединенных параллельно, и установлены в одной плоскости.To improve accuracy, speed up the measurement process and reduce the size of the wellbore in the proposed device, the pulse generator was made according to the multivibrator circuit in a self-oscillating mode, and the resonant amplifier - via a broadband circuit, the output of which included a detector and an integrating stage. The piezoelectric radiator and the premnik of elastic oscillations are each made, for example, from five ultrasound sources connected in parallel, and mounted in the same plane.

Пьезоэлектрические излучатель и прпемник упругих колебаний могут быть совмещены или установлены на рассто нии один от другого не более диаметра излучател .The piezoelectric emitter and the elastic spring can be combined or set apart from each other not more than the diameter of the emitter.

Способ измерений, использованный в устройстве , основан на регистрации количества отраженной от стенок буровой скважины энергии. Величина отраженной энергии определ етс  отношением волновых сопротивлений жидкости, заполн ющей скважину, и горных пород, слагающих геологический разрез скважины. Волновое сопротивление жидкости в первом приближении можно считать посто нным (ирактически оно .монотонно и незначительно измен етс  с глубиной). Поэтому изменение величины отраженной энергии от стенок буровой скважины определ етс  фактически изменением волновы.ч сонротнвлений, слагающих разрез скважины пород.The measurement method used in the device is based on recording the amount of energy reflected from the borehole walls. The magnitude of the reflected energy is determined by the ratio of the wave resistances of the fluid filling the well and the rocks composing the geological section of the well. In the first approximation, the wave drag of a fluid can be considered constant (and it is practically monotonic and slightly varies with depth). Therefore, the change in the magnitude of the reflected energy from the borehole walls is actually determined by the change in the wavelength of the sonars that make up the section of the rock well.

Па чертеже представлена блок-схема оиисыijacMoro ycTpoiiciBa.Pa drawing presents a block diagram of the rijijij Mororo ycTpoiiciBa.

Устройство содержит генератор 1 импульсов , излучатель 2, звукоизолирующую прокладку 3, приемник 4, иредварительный усилитель 5, скважинный снар д 6, каротажный кабель 7, наземный усилитель 8, детекторный 9 и интегрирующий W каскады, центрирующие пружины 11, самописец 12 и регистратор 13.The device includes a pulse generator 1, an emitter 2, a soundproofing pad 3, a receiver 4, a preliminary amplifier 5, a borehole 6, a logging cable 7, a ground amplifier 8, a detector 9 and integrating W cascades, centering springs 11, a recorder 12 and a recorder 13.

Количество отраженной акустической энергии определ етс  следующим образом. В исследуемую скважину, заполнеипую л идкостью, на трехжильном каротажном кабеле 7 опускают скважинный снар д 6 в котором размещены генератор / импульсов, излучатель 2, звукоизолирующа  прокладка 3, приемник 4 и иредварительиый снлитсль 5. Транзисторный генератор / импульсов выра-батывает импульсы иапр жени  амплитудой : 20-50 В с частотой иосылок 0,1 -10,0 кГц и : длительностью 2-10 мксек. Эги импульсы по;стуиают на излучатель 2, иреобразующий их JB акустический сигнал. Си1нал доходит до 1стенкн скважины н частично ироходит, иенытыва  преломление, в исследуем} ю сред, а ;частичио отражаетс  и ноиадает иа приемник 4. Дл  исключени  ир мого прохождеии  сн1:нала от излучател  к ириемнику но скзажин:ному снар ду ними помещена звукоизолирующа  нрокладка 3, изготовленна  из ленопласта или снециального эпоксидно-с ри:кового компаунда. Излучатель и ириемиик изуотовлены из пьезокерамики тииа ЦТС, ПКД, ;Титанат бари  и др. Дл  изготовлени  лизкомастотиых излучателей и приемников могут Ьыть использованы матерпаль, обладаюпи1е Свойством магиитострикцщ. : На приемник 4 поступают сигиалы разной ратности отражени , которые складываютс  Йруг с другом н образуют единый суммарный ракет колебаний. Этот иакет преобразуетс  в электрический сигнал такой же формы и ностуиает на нредварительный транзисторный усилитель 5, выполненный но схеме эмиттерй-ого повторител . Усилитель служит дл  согласовани  выхода ириемника 4 со входом наземного усилител  8, устран   .вли ние соедийительиого кабел  7. Количество отраженной от стенок буровой скважины энергии нронор1 )1ионально Площади, ограничеиной огибающей суммарный пакет колебаний кривой. Дл  1 змерени  этой площади к выходу усилител  S лодключен детекторный каскад 9 и через не110 интегрирующий каскад 10 с ноказываюи1пм Прибором. Интегрирующий каскад интегрир)-бт сигнал, а показываюищй прибор позвол ет аудить о величиие отраженной акустической эйергии. К выходу интегратора может быть подключен самописец 12, с приводом лентопрот жного механизма которого св зан привод спуско-подъемного устройства скважпнного снар да. Блоки J-5 смонтированы в скважинном снар де 6, блоки 8-10 - в пульте регистратора 13. Скважинный снар д 6 центрируетс  в скважине пружинами /). При регистрации отраженной от стенок скважины акустической энергии чувствительность и разрещающие возможности способа измерени  тем выще, чем меньше рассто ние между излучателем и -приемником и чем вьппе частота посылок возбуждаюи 1,их им.п льсов ( оптимальна  частота пор дка I-4 мГн,) и астота сооствениых колебаний излучател  и приелпгпка {оитимальна  частота 0,5-1,5.«/г{ в зависимости от )а скважины). Поэому в описываемой констр кции скважинного излучатель и приемник акустических колебаний расположены на рассто нии 1-2 с. один от , в то врем  как в известных конструкци х это рассто ние равно 20-50 см. меньшение рассто ни  между излучателем и ириемнико.м позвол ет четко отбивать гра1ПЩЫ .между сло ми горных пород, слагающих геологический разрез скважины, выдел ть jsa разрезе скважииы слои практически любой мощности (от 1-2 ел/ и выще), значительно уменьщить .ioniHocTb возбуждающих импульсов и коэффнциеггт усилени  усилител  (практически достаточен коэффициент усилени  всего усилительного тракта в пределах 300- 400) н зиачитсльио повысить собствепные чаетоты излучател  и нриемиика (до 1,5 мГц). Регистраци  интеграла огибаючцей иозвотуру , так как при иенользоваиии щирокополоеного усилител  си1-налов е меньши.м коэффициентом усилени  в из.мерительную схе.му не вход т блокн нормализации сигналов, измерени  временных иптерва.юв, преобразовани  временных П1ггервалов в значение екороети , сравнени  амплитуд cinnia.ioB, запоминани  и др. Иенол1)3)емые вместо них схемы детектировани  (один-два диода) и интегрировани  (одна - две ламны или транзистора) нроще в изготовлении и наладке. П ред м е т изобретен и   1.Устройство дл  импульсного у;паТразв кового каротажа скважпн, состо щее из скважинного снар да, содержаи его генератор имцульсов , резопанепый усилитель, пьезоэлектрические излучатель и ириемник упругих колебаний , и регистрирующей схе.мы, отличающеес  тем, что, с целью иовьинени  точности, ускорени  гроцесса измерений и сокращен)1  размеров CKJUUKHHHOIO снар да, генератор нмнульсов вьп1о,11еи но схеме м :1ьтивибратора щ автоколебательном , резонансн 1Й успл)ггель выполнен П) )цироконолоспо; 1 схеме , на выходе которой включены детектор и иитегрируюн,11Й каскад, а пьезоэлектрические излучатель п. приемник ynjjyrnx Колебаний вынол11ены каждый, панрнмер, из п ти источннков ультраз -ка, соедпиенцых па)аллельно, и -СТаНОВЛеНЫ в ПЛОСКОСТ. 2.Устройство по п. 1, отличающеес  те.м, что пьзоэлектрическпе из;1 чатель и п)иелгчик упругих колебаний совмсп1,сны. 3.Устройство по п. 1, от,гичаощеес  тем, что гп зоэлектрпческие пзл чател1) н приемник пругнх колеба.чпй хттаповлепы на пассто мин один от дрхтого не более диаметра излучател .The amount of reflected acoustic energy is determined as follows. In the test well, filled with fluid, a three-core logging cable 7 is lowered into the wellhead 6, in which the generator / pulses are placed, the radiator 2, the sound-insulating gasket 3, the receiver 4 and the intermediate laser 5. The transistor generator / pulses extracts the pulses and the radiator and pulses 5. : 20-50 V with a frequency of 0.1-0.0 kHz and a duration of 2-10 microseconds. These pulses are applied to the emitter 2, which transforms them with a JB acoustic signal. The sig nal reaches 1 stb of the well and is partially irohod, the yen of the refraction, explores the environment, and, the receiver is reflected and noisy 4. To exclude an irregular walkthrough from the transmitter: from the radiator to the receiver and the receiver, it is placed on the sound insulation. 3, made of lenoplast or synthetic epoxy-resin: compound. The emitter and irieemik are made of piezo ceramics of Tia PTS, PKD,; Bari and other titanate. To make lyskomatioti emitters and receivers, you can use the material, possessing the magistystric properties. : The receiver 4 receives sigals of various types of reflection, which are combined with another and form a single total rocket of oscillations. This package is converted into an electrical signal of the same shape and is connected to a preliminary transistor amplifier 5, made according to the emitter-follower circuit. The amplifier serves to match the output of the receiver 4 to the input of the ground amplifier 8, eliminating the connection cable 7. The amount of energy reflected from the walls of the borehole energy nronor1) is square, limited by the envelope of the total oscillation curve of the curve. For 1 measurement of this area to the output of the amplifier S is connected the detector stage 9 and through 110 the integrating stage 10 with a device. The integrating cascade is an integrat-bt signal, and showing the instrument makes it possible to audit the magnitude of the reflected acoustic power. A recorder 12 can be connected to the integrator output, the tape drive mechanism of which is connected to the borehole launch device. Blocks J-5 are mounted in the borehole de 6, blocks 8-10 are mounted in the recorder's console 13. The borehole bore 6 is centered in the borehole with springs /). When registering acoustic energy reflected from the borehole wall, the sensitivity and resolution of the measurement method are the higher, the smaller the distance between the emitter and the receiver and the higher the frequency of the excitation and 1 pulses (the optimal frequency is about I-4 mH) and the frequency of the core oscillations of the radiator and the primer (the maximum frequency is 0.5-1.5. "/ g (depending on) a well). Therefore, in the described design of the borehole emitter and receiver of acoustic oscillations are located at a distance of 1-2 s. one from, while in known structures this distance is equal to 20-50 cm. Reducing the distance between the radiator and the receiver allows you to clearly beat off the boundary of the rock that forms the geological section of the well, jsa section boreholes of virtually any power (from 1–2 ea / or more), significantly reduce the .ioniHocTb excitation pulses and the gain coefficient of the amplifier (the gain of the entire amplifier path within 300–400 is almost sufficient) to increase the emitter's own signals And nriemiika (up to 1.5 MHz). Registering the integral by the collar, because when using a broadband amplifier, a smaller gain factor in the measuring scheme. I do not enter the signal normalization block, measure the time of the patch and the second, convert the temporary P1 of the slots into a value, compare the amplitudes .ioB, memorization, and others. Jenol1) 3) instead of them, detection schemes (one or two diodes) and integration (one - two lamnas or transistors) are more convenient to make and adjust. A device for a pulsed jet was also invented, a well logging tool consisting of a borehole projectile containing its impulse generator, a powerful booster, a piezoelectric emitter and a receiver of elastic oscillations, and a recording circuit. that, in order to improve accuracy, accelerate the measurement process and reduce) 1 size CKJUUKHHOIO projectile, generator nmnulso v1to1, 11e but m scheme: 1vibrator bi-oscillatory, resonant 1Y time) Gel made P)) cyroconolospo; 1, the output of which includes a detector and an iterative one, a 11th cascade, and a piezoelectric emitter, a receiver. The ynjjyrnx oscillations are each picked up, a panrmmer, from five sources of ultrasound, paired parallels, and -SHEVELIs in PLOSTER. 2. The device according to claim 1, characterized by the fact that the piezoelectric of; 1 reader and n) the elastic strain of the joint oscillations, dreams. 3. The device according to claim 1, dated by the fact that it is a holographic receiver 1) and a receiver of oscillators that are per pasto min one from another, not more than the diameter of the radiator.

Н измерит, H will measure

Bf -падающа  Волна пр -преломленной Волна BQ-отраженна  ВолнаBf-dropping Wave of pr-refracted Wave BQ-reflected Wave