способ волнового акустического каротажа

Формула изобретения

Способ волнового акустического каротажа, включающий циклическое возбуждение в заданных точках скважины акустических волн монопольным источником, прием прошедших через породу продольных и поперечных волн минимум двумя приемниками, разнесенными по стволу скважины, формирование пространственно-временных диаграмм, состоящих из последовательности сигналов, поступающих от каждого из приемников в точках замеров, и последующую обработку данных, отличающийся тем, что при каждом возбуждении регистрируют акустический сигнал, соответствующий времени вступления продольной волны от первого по времени записи приемника, после чего в трассы пространственно-временных диаграмм вводят кинематические поправки, равные временам вступления этого сигнала, затем на сформированных диаграммах выделяют первые фазы колебаний, следующих непосредственно за последними прямолинейными осями синфазности продольных волн, которые идентифицируют как поперечные волны, определяют времена вступления этих фаз на пространственно-временных диаграммах и по их разностям определяют интервальные времена распространения поперечных волн, а интервальные времена пробега продольных волн определяют по их вступлениям на пространственно-временных диаграммах, сформированных по акустическим сигналам, поступающим от последующих за первым по времени записи приемников.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области геофизических методов исследований, более конкретно касается волнового акустического каротажа.

Известен способ акустического каротажа, при котором с помощью трехэлементного измерительного зонда (один монопольный источник и два приемника, либо один приемник и два монопольных источника) возбуждают в скважине акустические импульсы и принимают прошедшие через породу сигналы, которые представляют собой сумму интерферирующих между собой продольных P и поперечных S волн. По полученным записям определяют времена вступления продольных P и поперечных S волн на первом по времени записи приемнике и аналогичным образом на втором. Затем, используя полученные данные, определяют интервальные времена пробега продольных и поперечных волн в интервале L, равном расстоянию между приемниками или источниками (база измерительного зонда), после чего результаты интерпретируют (М. Г. Латышева. Практическое руководство по интерпретации диаграмм геофизических методов исследования скважин. -М. : Недра, 1981, стр. 111-115).

Недостаток способа состоит в том, что он не обеспечивает достаточную информативность из-за низкой достоверности выделения и существенных погрешностей в определении времени вступления поперечной волны S, которая распространяется в едином волновом пакете с более скоростными продольными волнами.

Известен также способ определения акустических параметров среды, согласно которому в скважине циклически возбуждают и принимают упругие колебания на зондовых расстояниях с помощью ряда приемных акустических преобразователей измерительного зонда. При этом одновременно с многоканальной записью волнового поля непрерывно регистрируют акустические сигналы от первого по времени записи приемника и определяют на этих сигналах временные интервалы для выделения экстремумов основных типов волн, формируют годографы выделенных типов волн, по которым определяют акустические параметры горных пород (авторское свидетельство СССР N 1606950, G 01 V 1/40).

Недостаток способа состоит в низкой достоверности выделения и точности определения времени вступления поперечных волн, а также в том числе при его реализации необходимо использование дорогостоящего оборудования и многоканальной регистрирующей аппаратуры и осуществлять обработку больших объемов данных для каждой точки замера.

Задачей изобретения является создание способа волнового акустического каротажа в неоднородных средах, который бы позволил увеличить объем сейсмической информации, извлекаемой из записей сложных интерферирующих между собой пакетов разных типов волн, за счет повышения достоверности выделения и точности определения параметров поперечных волн.

Поставленная задача решается тем, что в способе волнового акустического каротажа, включающем циклическое возбуждение в заданных точках скважины акустических волн монопольным источником, прием прошедших через породу продольных и поперечных волн минимум двумя приемниками, разнесенными по стволу скважины, формирование пространственно-временных диаграмм, состоящих из последовательности сигналов, поступающих от каждого из приемников в точках замеров, и последующую обработку данных, согласно изобретению при каждом возбуждении регистрируют акустический сигнал, соответствующий времени вступления продольной волны от первого по времени записи приемника, и в трассы пространственно-временных диаграмм вводят кинематические поправки, равные временам вступления этого сигнала, затем на сформированных диаграммах выделяют первые фазы колебаний, следующих непосредственно за последними прямолинейными осями синфазности продольных волн, которые идентифицируют как поперечные волны, определяют времена вступления этих фаз на пространственно-временных диаграммах и по их разностям определяют интервальные времена распространения поперечных волн, а интервальные времена пробега продольных волн определяют по их вступлениям на пространственно-временных диаграммах, сформированных по акустическим сигналам, поступающим от последующих за первым по времени записи приемников.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для реализации способа; на фиг. 2 представлены пространственно-временные диаграммы акустических сигналов, полученные согласно способу в ходе эксперимента на территории широтного Приобья Западной Сибири; на фиг. 3 - то же, без введения кинематических поправок.

Способ согласно изобретению может быть реализован с помощью устройства (фиг. 1), включающего генератор 1 электрических импульсов, измерительный зонд 2 с размещенным в нем излучателем 3 акустических волн, первым 4 и вторым 5 приемниками акустических волн, расположенными на базовом расстоянии L между собой. Выходы первого 4 и второго 5 приемников акустических сигналов связаны с соответствующими входами аналого-цифрового преобразователя 6, выход которого соединен с входом демультиплексора 7. Первый и второй выходы демультиплексора 7 соединены соответственно через электронные ключи 8 и 9 с оперативно-запоминающими устройствами (ОЗУ) 10 и 11, при этом первый выход демультиплексора 7 связан также с входом выполненного по типу порового устройства формирователя 12 управляющего напряжения. Выход формирователя 12 управляющего напряжения связан с управляющими входами электронных ключей 8 и 9. Выходы ОЗУ 10 и 11 соединены с устройством визуализации и измерения 13, например микроЭВМ. Измерительный зонд 2 размещают в скважине 14.

Способ согласно изобретению реализуется в следующей последовательности операций.

Измерительный зонд 2 равномерно перемещают по стволу скважин 14 и через равные интервалы по глубине с помощью излучателя 3, возбуждаемого генератором 1, осуществляют посылку в исследуемую среду зондирующих упругих импульсов. При этом на границе промывочная жидкость-порода инициируются продольные P и поперечные S волны, которые единым пакетом принимаются первым 4 и вторым 5 приемниками и поступают на входы аналого-цифрового преобразователя 6. С выхода аналого-цифрового преобразователя 6 оцифрованные акустические мультиплексные сигналы подают на демультиплексор 7, в котором осуществляется демультиплекация оцифрованных принятых акустических сигналов. С первого выхода демультиплексора 7 сигнал, соответствующий акустическому сигналу с первого приемника 4, поступает на вход формирователя 12 управляющего напряжения, выполненного по типу порового устройства с порогом срабатывания, установленным в соответствии с уровнем акустического сигнала первого вступления продольной P волны, принимаемой первым приемником 4 при каждом возбуждении. В результате этого напряжение с выхода формирователя 12 управляющих напряжений поступает на управляющие входы электронных ключей 8 и 9 и открывает их в моменты времени, соответствующие временам t_1j ^P вступления продольных P волн на первом приемнике 4. При этом сигналы с демультиплексора 7 последовательно при каждом возбуждении передаются на ОЗУ 10 и 11. Таким образом осуществляется формирование пространственно-временных диаграмм из сигналов, зарегистрированных соответственно первым 4 и вторым 5 приемниками, с одновременным сдвигом их на время, равное времени t_1j ^P вступления продольной P волны, принимаемой первым 4 приемником, то есть осуществляется ввод кинематических поправок, равных временам вступления этого сигнала. В результате формируются пространственно-временные диаграммы ₁ ⁰(t_i) и П₂ ⁰(t_i), представленные на фиг. 2, которые визуализируются и анализируются устройством 13. Для сравнения на фиг. 3 приведены пространственно-временные диаграммы П₁(t_i) и П₂(t_i) акустических сигналов, сформированные из сигналов, зарегистрированных первым 4 и вторым 5 приемниками, полученные без введения кинематических поправок.

Представленные на фиг. 3 пространственно-временные диаграммы акустических сигналов, П₁(t_i) от первого приемника и П₂(t_i) - от второго приемника, состоят из последовательностей записей интерференционных картин продольных P и поперечных S волн, зарегистрированных первым 4 и вторым 5 приемниками на разных глубинах. На этих диаграммах достаточно уверенно прослеживаются только времена t_1j ^P и t_2j ^P вступления продольных P волн 15 и 16, которые приходят первыми. Вместе с тем сложность интерференционной картины, обусловленная резкой неоднородностью среды, практически исключает возможность достоверного выделения поперечной волны S и определения ее параметров, что существенно уменьшает объем извлекаемой из записи геофизической информации об исследуемом объекте.

Отличительной особенностью сформированных согласно данному способу пространственно-временных диаграмм П₁ ⁰(t_i) и П₂ ⁰(t_i) (фиг. 2) является то, что на них в результате осуществления операции временного сдвига (введения кинематических поправок) оси синфазности продольных P волн на обеих диаграммах представляют собой соответственно пачки 17 и 18 прямых (квазипрямых) линий, в то время как оси синфазности следующих за ними отличных по скорости поперечных волн остаются криволинейными, что и позволяет их достаточно точно идентифицировать и определять параметры.

Реализуется это следующим образом. На диаграммах П₁ ⁰(t_i) и П₂ ⁰(t_i) (фиг. 2) определяют последние крайние прямолинейные оси синфазности 19 и 20 соответственно пачек 17 и 18 продольных P волн. Затем на обеих диаграммах выделяют первые фазы колебаний 21 и 22, следующих непосредственно за этими последними прямолинейными осями синфазности, которые идентифицируют как поперечные S волны. Определяют времена t_1j ^S и t_2j ^S вступления этих фаз как первые фазы вступления поперечных S волн. Далее рассчитывают интервальные времена поперечных S волн t^s_j = (t²_2j- t^s_1j)/L, где L - база измерительного зонда. При этом интервальные времена t^P_j продольных P волн определяют по их вступлениям 23 (фиг. 2) по диаграмме П₂ ⁰(t_i).

Таким образом, в способе согласно изобретению за счет повышения достоверности идентификации поперечных S волн обеспечивается повышение точности определения их параметров и соответственно увеличение объема и качества сейсмической информации.