6.4. Способы регистрации акустических сигналов

В современных типах аппаратуры АК упругие колебания, принятые приемником, усиливаются в скважинном приборе и передаются на поверхность. В наземной аппаратуре применяются следующие способы регистрации а кустических сигналов:

1) Фотографирование волновых картин.

Осуществляется с помощью регистратора, который представляет собой электронно-лучевую трубку, на которой высвечиваются изображения сигналов от всех приемников зонда, шкала времени, номер кадра и показания счетчика глубин. Фотографирование экрана ЭЛТ ведется на кинопленку шириной 35 мм. Такой способ регистрации ультразвуковых колебаний дает наиболее полное представление о динамике изменения сигналов по стволу скважины. Однако излучаемые осциллограммы требуют кропотливой и внимательной обработки, что не всегда возможно в производственных условиях.

2) Аналоговая запись диаграмм времен и амплитуд.

Применяется во всех типах серийной аппаратуры АК. При этом могут одновременно регистрироваться 6 параметров продольной волны

(при 2-х приемниках): t₁. t₂, Dt, А₁, A₂, a. Кривые t₁ и t₂ являются контрольными и служат для проверки качества записи Dt. Амплитуды А₁ и А₂ несут практически одну и ту же информацию, поэтому при интерпретации АК используют как правило 3 кривые: Dt, A₁ (или A₂) и a.

Метод наиболее распространен в практике исследований, однако здесь возможны частичные потери информации о динамике распространения упругих волн в породе, так, слабые первые вступления сигналов могут быть пропущены автоматическим устройством и за первую может быть принята вторая фаза сигнала. Это приведет к завышению интервальной скорости, так как Dt возрастает с увеличением t₂.

3) Фазокорелляционные диаграммы (ФКД).

Получают следующим образом. На экране ЭЛТ высвечивают только вершины положительных фаз колебаний, регистрируемых каждым приемником в виде точек. Причем, яркость точки пропорциональна амплитуде данной фазы сигнала. В результате волновая картина каждого приемника превращается в самостоятельные ряды, расположенных на прямой точек разной яркости, расстояние до которых от нулевой метки пропорционально времени прихода соответствующей фазы волны к приемнику. На осциллоскоп подаются и марки времени. Изображение с экрана ЭЛТ фотографируется на ленту, перемещаемую пропорционально скорости движения скважинного прибора. Однако такая регистрация не позволяет количественно оценивать амплитуды упругих колебаний (A₁ и А₂) и их ослабление a.

6.5. Ультразвуковой метод

Для изучения акустических свойств горных пород в необсаженных скважинах ультразвуковым методом в скважине возбуждают упругие колебания частотой 20-50 кГц и наблюдают процесс их распространения сквозь горные породы.

От излучателя к приемнику распространяются волны 3-х типов: головная продольная PоP₁Pо, головная, поперечная PоS₁Pо и прямая продольная Ро. Отраженная волна РоРо обычно не регистрируется вследствие больших углов падения (@ 90°) и малой энергии.

Если путь прохождения от излучателя до приемника одинаков для волн РоР₁Рo и Р₁S₁Pо, то для прямой волны ро он равен только расстоянию между излучателем и приемником по прямой, т.е. несколько меньше, чем в первом случае, причем, эта разница зависит от диаметра скважины. Следовательно, только при достаточно большом расстоянии между излучателем и приемником волна PоP₁Pо и PоS₁Pо обгоняют волну Ро и продольная и поперечная волны достигают приемника последовательно, а прямая волна приходит последней. В противном случае волновая картина, зарегистрированная приемником, становится трудночитаемой.

База измерения выбирается в соответствии с требуемой точностью расчленения разреза по мощности пластов. Теоретические расчеты показывают, что чем меньше база, тем более тонкие прослои могут быть выделены по диаграммам ультразвукового метода, и при базе измерения меньше мощности пласта максимальное значение скорости V_p будет соответствовать ее истинному значению. Однако практическое уменьшение базы приводит к уменьшению точности измерений.

Глубина исследования различна при измерении кинематических и динамических характеристик упругих волн и определяется базой зонда, частотой волн в породах, а также скважинными условиями проведения измерений. С увеличением базы зонда и скорости волн глубинность метода возрастает; с увеличением частоты глубинность уменьшается. Практически глубинность ультразвукового метода при регистрации кинематических характеристик не превышает 30 см. радиус исследования по динамическим параметрам примерно в 2 раза выше, чем по кинематическим. Метод позволяет решать следующие задачи:

1) Литологического расчленение и корреляции разрезов скважин.

2) Стратиграфической привязки отложений.

3) Выделения пластов-коллекторов.

4) Оценки коэффициентов пористости пород и др.

Аппаратура акустического каротажа СПАК-4 (-6, -8)

Аппаратура СПАК-4 предназначена для непрерывного измерения и преобразования следующих кинематических и динамических параметров упругих колебаний в скважине, характеризующих физико-механические свойства горных пород:

- времен распространения упругих волн на фиксированной базе между приемником и излучателями (ближним t₁ и дальним t₂);

- интервального времени Dt=t₁-t₂;

- относительных амплитуд упругих колебаний продольной волны от ближнего (А₁ и дальнего А₂) излучателей;

• коэффициента затухания .

Принцип действия СПАК-4 заключается в следующем. Из синусоидального напряжения 50 Гц, поступающего из блока питания 1 по центральной жиле кабеля, в устройстве 8 формируются прямоугольные импульсы с частотой 25 Гц. После дифференцирования эти импульсы поступают на коммутатор 9, который делит частоту их следования на два. Коммутатор поочередно через 40 мс запускает генераторы токовых импульсов 10, и, каждый из которых нагружен на обмотку магнитострикционных излучателей 12,13. Излучатели возбуждают упругие волны, которые, дойдя по промывочной жидкости к породе, воздействуют на керамический приемник 7 и преобразуются им в электрические колебания - информационный сигнал.

После усилителя 6 этот сигнал вместе с синхроимпульсами, соответствующими моменту возбуждения излучателей 12 и 13, через фильтр 5 поступают в жилу кабеля, а затем на временной пульт 4 и амплитудный блок 2, где обрабатываются в виде аналоговых параметров t₁, t₂, Dt, A₁, A₂, lg(A₁/A₂) и записывается фоторегистратором 3.

Аппаратура СПАК-6 и СПАК-8 отличается от СПАК-4 метрологическими и эксплуатационными характеристиками за счет применения сменных излучателей для скважин различных диаметров, а также обеспечением калибровки временных каналов в полевых условиях.