logo
Акустический каротаж

4. Аппаратура акустического каротажа

Упрощенная блок-схема аппаратуры акустического каротажа для трехэлементного зонда ИП1П2 показана на рис 6. Схема рассчитана на непрерывную регистрацию - кривой изменения интервального времени ?t или скорости распространения упругой волны v с глубиной. Импульсный генератор ИГ периодически (с частотой в 10-25 Гц) посылает импульсы электрического тока в обмотку излучателя И. Излучатель колебаний состоит из магнитострикционного вибратора (сердечника из никеля или другого сплава) с высоким коэффициентом магнитострикции, на который наложена обмотка. Расширение сплава при намагничивании электрическим током, подаваемым через обмотку, создает импульсы упругих (ультразвуковых) колебаний, приводящих к деформации окружающей среды и образованию в ней упругой волны.

  • Излучатель и приемники разделены между собой акустическими изоляторами Из1 и Из2, состоящими из звукопоглощающего материала. Этим исключается возможность поступления упругой волны по скважинному прибору. В приемниках П1 и П2, воспринимаемых колебания, используется пьезоэлектрический эффект цирконата титаната свинца (ЦТС-19) или керамика титаната бария (ВаTiO3).
  • Рис. 6. Блок-схема аппаратуры акустического каротажа для непрерывной регистрации скорости и блок-схема аппаратуры СПАК-4
  • Импульсы, воспринимаемые приемниками, преобразуются в электрические сигналы, которые поступают на усилители У1 и У J и затем на вход электронной схемы, размещенной в скважном приборе (ЭС, С) и на поверхности ЭСП. Электронная схема представляет собой счетно-решающее устройство, предназначенное для счета времени. В момент вступления головной волны в приемник П1 (ближайший от излучателя) электронная схема начинает вести счет времени, при достижении волной приемника П2 от него поступает сигнал, приостанавливающий счет времени. Время между сигналами преобразуется на выходе электронной схемы в электрическое напряжение, пропорциональное осреднению за несколько импульсов времени пробега упругой волны между приемниками. Напряжение с выхода поступает на регистрирующий прибор РП, записывающий диаграмму акустического каротажа. Аппаратура эталонируется с таким расчетом, чтобы по полученным кривым можно было непосредственно отсчитать интервальное время ?t (в мкс/м) или скорость v (в м/с). Контроль над работой схемы осуществляется осциллоскопом Ос. Для питания наземной и скважинной аппаратуры служит схема ИП.
  • В настоящее время для изучения разрезов необсаженных скважин акустическим каротажем применяются различные типы аппаратуры. Наиболее широкое распространение получила аппаратура типа СПАК-4. С помощью этой аппаратуры обычным каротажным регистратором записываются диаграммы изменения с глубиной следующих параметров: времен (в мкс) распространения продольной волны от излучателя до первого t1 и второго t2 приемников, времени пробега продольной волны на единицу длины (интервального времени)
  • ?t = (t2--t1)/S
  • (в мкс/м), амплитуды волн, пришедших от первого А1 и второго А2 излучателей,. регистрируемых в произвольных единицах (в мВ или В), отношения амплитуд в логарифмическом масштабе
  • lg А1/А2 = lg A1-- lg A2,
  • ослабления продольной волны на единицу длины ?АК (в дБ/м или м-1).
  • В аппаратуре СПАК используется трехэлементный зонд с двумя излучателями и одним приемником, обозначаемый сверху вниз -- И20,5И11,5П. Расстояния между излучателями и приемником даны в метрах.
  • Рассматриваемая аппаратура (рис. 6) состоит из скважинного прибора и двух наземных пультов. Скважинный прибор состоит из генераторного и измерительного блоков и зонда, расположенного между ними. Акустический зонд П1,5И10,5И2 трехэлементный с двумя магнитострикционными излучателями И1 и И2 с собственной частотой 25 кГц и одним пьезокерамическим приемником П с такой же собственной частотой колебаний 25 кГц (база зонда 0,5 м, длина 1,5 м). Между излучателями, излучателем и приемником установлены акустические изоляторы, выполненные в виде трубы, в стенке которой в шахматном порядке прорезаны окна, заполненные резиной. Упругая волна после многократных отражений затухает. Аппаратурные блоки и зонд помещены в герметичные кожухи, покрытые снаружи резиной для уменьшения акустических шумов от трения о раствор и стенки скважины. Прибор снабжен двумя центрирующими рессорными фонарями, также обрезиненными. Наземные пульты, из которых один содержит блоки измерения времен ВБ, а другой -- блоки измерения амплитуд АБ, устанавливаются в аппаратурном стенде каротажной станции. Там же установлен унифицированный выпрямитель УВК-2, осуществляющий питание аппаратуры СПАК-4 от промышленной сети.
  • Скважинный прибор питается с поверхности переменным током промышленной частоты (50 Гц). При помощи формирующего устройства Ч синусоидальное напряжение данной частоты преобразуется в разнополярные прямоугольные импульсы с частотой 25 Гц. Полученные импульсы управляют коммутатором К, имеющим два выхода к генераторам Г1 и Г2, которые запускаются только положительными импульсами. Соответственно частота срабатывания каждого генератора равна 12,5 Гц. Выходные сигналы коммутатора, питающие обмотки магнитострикционных излучателей И1 и И2, сдвинуты друг относительно друга на 180° и поочередно запускают генераторы токовых импульсов Г1 и Г2. Импульсы упругих колебаний, полученных от излучателей И1 и И2, поступают в приемник П, где преобразуются в электрические сигналы, которые посде усиления усилителем У передаются через фильтр Ф по жиле кабеля на поверхность к блокам временному ВБ и амплитудному АБ.
  • Одновременно с этими сигналами подаются на кабель синхроимпульсы от генераторов Г1 и Г2, отмечающие моменты их срабатывания. Сигналы синхроимпульсов, поступающие от ближнего и дальнего излучателей, имеют для распознавания разную полярность. Временной блок ВБ служит для измерения времен распространения t1 и t2 и интервального времени
  • ?t = (t2 -- t1);
  • амплитудный блок -- для измерения амплитуд А1 и А2 и lg(A1/A2). Замеренные параметры регистрируются фоторегистратором РП каротажной станции. Комплект аппаратуры станции СПАК-4 содержит катодный осциллограф КО, на экране которого можно наблюдать импульс, фиксирующий момент срабатывания излучателей, полный сигнал, поступающий от приемника, с метками моментов срабатывания схемы измерения времен t1 и t2.
  • После спуска прибора в скважину наземные пульты подключаются к каротажному осциллографу для регулировки и калибровки каналов и установки масштаба записи кривых времен и амплитуд. Схема калибровки рассчитана на получение следующих стандарт-сигналов: для ?t = 50, 100, 250 мкс, t1 = 200, 600, 900 мкс, t2 = 250, 700, 1150 мкс. Запись ?t производят двумя гальванометрами с отношением чувствительностей 1 : 2, a t1 и t2 -- по одному гальванометру. Установка масштаба производится по отклонению блика основного гальванометра
  • l = Ucc/Sn, где Ucc
  • - значение стандарт-сигнала (в мкс); S=0,5 м - база зонда; n - масштаб записи (в мкс/(м*см)).
  • Масштабы записи кривых t1 и t2 градуируются в мкс на 1 см, ?t -- мкс/м на 1 см шкалы. Для карбонатного разреза масштаб записи принимают равным 10 мкс/(м*см), для песчано-глинистого 20 мкс/(м*см). Масштаб записи А1 и А2 выбирают в пределах 0,5--2 В/см; коэффициент затухания
  • ? = (1/S) 20 lg A1/A2
  • регистрируют в масштабе 2 или 4 дБ/(м*см).
  • Аппаратура СПАК-4 рассчитана на работу с одножильным каротажным кабелем длиной до 7500 м в скважинах и диаметром от 130 до 300 мм при максимальной температуре до 200 °С и давлении 100 МПа. Допускаемая погрешность измерения интервального времени 1,5--3 %, амплитуд А1 и А2 до 10--20 %. Наличие каверн в скважине снижает точность измерений.
  • Акустический каротаж проводится со скоростью 1000--1200 м/ч; при наличии шумовых помех, связанных с трением прибора о раствор и стенку скважины, скорость может быть снижена до 600--800 м/ч. Регистрация диаграмм акустического каротажа по глубине ведется в основном масштабе 1 : 500 и дополнительном 1 : 200 в интервале залегания продуктивной толщи.
  • Помехи при акустическом каротаже связаны с механическими колебаниями и вибрациями во время перемещения прибора по скважине. Резкое снижение амплитуд упругих колебаний и «проскальзывание» циклов наблюдается при разгазировании промывочной жидкости, когда контакт приемника и излучателя ненадежен. Влияние разгазирования сказывается выше газоносного пласта и наблюдается на интервалах зондов И1П и И2П. При смещении зонда относительно оси скважины происходит резкое снижение измеряемых амплитуд А1 и А2 и искажение кривой ослабления ?АК. Для обеспечения точности измерения амплитуд не менее 20 % смещение оси скважины от оси прибора не должно превышать 1 см.
  • Контроль качества диаграмм акустического каротажа производится следующим образом.
  • 1. В конце измерения выполняют запись кривых t1, t2 и ?t в незацементированной обсадной колонне, где скорость акустической волны сохраняется в пределах 5500--5530 м/с.
  • 2. В одном и том же интервале скважины выполняют повторную запись или перекрывают прежний замер; расхождения не должны превышать 1,5--2 % при измерении t1 и t2 и 3--4 % для ?t
  • 3. Контролируют показания против пластов с известной характеристикой (каменной соли, ангидритов), против которых скорости продольных волн и их ослабление сохраняются практически неизменными.
  • 4. Сравнивают кривые амплитуды и времени пробега, зарегистрированные в одном и том же интервале первым и вторым двухэлементным зондом. Наличие расхождений в показаниях свидетельствует о наличии искажений «проскальзывания» циклов. Одновременно в процессе замера работа временного блока контролируется визуально на экране осциллографа.