Многоэлементный блок частотно-разнесенных ультразвуковых датчиков для системы скважинного акустического сканирования

Авторы патента:

Многоэлементный блок частотно-разнесенных ультразвуковых датчиков для системы скважинного акустического сканирования выполнен из крестообразного корпуса, в котором ортогонально по отношению друг к другу размещены две пары высокочастотных датчиков с резонансными частотами 500 кГц и 900 кГц соответственно, которые выполняют функции излучателя и приемника отраженных акустических сигналов, с обеспечением возможности при выполнении обработки полученных данных использовать избыточность, т.е. анализировать пиковые амплитуды отраженных сигналов, зафиксированных разными датчиками, от одной точки поверхности скважины, при этом указанный блок ультразвуковых датчиков крепится на насадку шагового двигателя, а шаговый двигатель обеспечивает вращение указанного блока вокруг продольной оси скважины с обеспечением возможности кругового акустического сканирования исследуемой поверхности скважин. 1 н.з.п.ф., Фиг.1, Фиг.2.

Заявленное техническое решение относится к геофизическим приборам, в частности, к ультразвуковым датчикам, которые применяются для исследования обсаженных и необсаженных скважин методом акустического каротажа.

Из уровня техники, выявленного на дату подачи заявки известно устройство для акустического каротажа скважин, в состав которого входит блок ультразвуковых датчиков в составе отдельного излучателя акустического сигнала и четырех ортогонально расположенных приемных датчиков, работающих на низких частотах ультразвуковых сигналов. (RU 57360, G01V 1/40, 2006).

Недостатком указанного устройства является низкая разрешающая способность при сканировании поверхности скважин, обусловленная использованием низкочастотных ультразвуковых датчиков.

Задача, на решение которой направлена заявленная полезная модель, заключается в устранении вышеназванных недостатков, т.е. в повышении разрешающей способности акустического сканера при проведении промыслово-геофизических исследований обсаженных и необсаженных скважин.

Данная задача достигается за счет:

- использования высокочастотных датчиков, работающих на частоте 500 кГц (не менее 2 штук) и на частоте 900 кГц (не менее 2 штук);

- получением данных от каждой точки поверхности по четырем отраженным сигналам;

- специального размещения датчиков, которое позволяет минимизировать расстояния до сканируемой поверхности и тем самым уменьшить затухание высокочастотного ультразвукового сигнала при прохождении через буровой раствор;

В этом случае датчики с резонансной частотой 500 кГц, необходимы для сканирования всего ствола скважины с небольшим разрешением, но с гарантированным приемом отраженных импульсов за счет того, что сигнал с меньшей частотой обладает меньшим коэффициентов затухания в буровом растворе. Датчики с резонансной частотой 900 кГц при этом будут обеспечивать сканирование ствола скважины с более высоким разрешением.

Сущность заявленного решения заключается в том, что многоэлементный блок частотно-разнесенных ультразвуковых датчиков для системы скважинного акустического сканирования выполнен из крестообразного корпуса, в котором ортогонально по отношению друг к другу размещены две пары высокочастотных датчиков с резонансными частотами 500 кГц и 900 кГц соответственно, которые выполняют функции излучателя и приемника отраженных акустических сигналов с обеспечением возможности при выполнении обработки полученных данных использовать избыточность, т.е. анализировать пиковые амплитуды отраженных сигналов, зафиксированных разными датчиками, от одной точки поверхности скважины, при этом указанный блок ультразвуковых датчиков крепится на насадку шагового двигателя, а шаговый двигатель обеспечивает вращение указанного блока вокруг продольной оси скважины с обеспечением возможности кругового акустического сканирования исследуемой поверхности скважин.

Техническими результатами, обеспечиваемыми заявленным техническим решением, являются:

- повышение разрешающей способности при сканировании обсаженных и необсаженных скважин;

- повышение точности дефектоскопии обсадной колонны скважины;

- увеличение вероятности обнаружения продуктивных пластов.

Устройство поясняется фиг.1 (вид сбоку) и фиг.2 (вид сверху), на которых показан блок частотно-разнесенных ультразвуковых датчиков для системы скважинного акустического сканирования.

Устройство выполнено из крестообразного корпуса 2, на четырех концах которого ортогонально размещены две пары приемо-передающих датчиков 3-4 с резонансной частотой порядка 500 кГц и 5-6 с резонансной частотой порядка 900 кГц, укрепленного на насадке 1 шагового двигателя.

Блок ультразвуковых датчиков включает в себя корпус 2 и жестко закрепленные датчики 3, 4, 5, 6. Датчики представляют собой известные на рынке высокочастотные пъезоэлементы, изготовленные их материала ЦТС-26 с серебряным покрытием.

Блок ультразвуковых датчиков крепится на насадку 1 шагового двигателя (на Фиг. шаговый двигатель не показан). Шаговый двигатель осуществляет вращение со скоростью 10-20 оборотов за секунду и обеспечивает круговое сканирование исследуемой поверхности.

Устройство работает следующим образом. Приемо-передающие датчики излучают ультразвуковой узконаправленный сигнал длительность порядка 10 мкс, который отражается от стенок скважины. Далее приемо-передающие датчики переключается на прием и фиксируют отраженные сигналы от поверхности скважины. Пиковая амплитуда и время задержки этих сигналов, содержащие информацию о поверхности стенок скважины, записываются в ПЗУ для дальнейшей обработки с использованием прикладного программного обеспечения.

Выявление дефектов поверхности (щелей в стенке скважины и др.) производится на основе анализа таких характеристик отраженного сигнала, как амплитуда и время запаздывания.