Определение затухания акустического сигнала по данным компенсационного зонда

Размещено на http://www.allbest.ru/

Определение затухания акустического сигнала по данным компенсационного зонда

М.В. Тарантин

Предыдущие наши исследования показали, что сигналы волнового акустического каротажа подвержены искажениям случайного характера, обусловленным неидеальностью системы измерения [1]. Наибольшее влияние искажения оказывают на такой динамический параметр волн, как их частотно-зависимое затухание. В данной работе рассматривается ряд приемов устранения нежелательных эффектов.

Искажения волновых форм возникают на локальных участках, в области приема сигналов, по этой причине нельзя переносить результаты измерений на весь интервал прозвученной горной породы - от излучающего элемента прибора до приемного. Известно, что повышение достоверности результатов может быть достигнуто путем повторения эксперимента, однако в случае скважинных измерений это не всегда возможно. Повторение предполагает соблюдение всех условий - в том числе и положения каротажного прибора в скважине, что практически невозможно.

В случае, когда имеются результаты каротажа только от одной спускоподъемной операции, волновой массив может быть интерпретирован двояко, что обеспечивает фиктивное удвоение объема полученной информации. Двоякость интерпретации заключается в использовании принципа взаимности излучения и приема сигналов.

Имеющиеся в нашем распоряжении материалы каротажа получены с использованием приборов с одним излучающим элементом и двумя приемными. Согласно принципу взаимности мы можем считать, что эти материалы получены с использованием прибора с двумя излучателями и одним приемником. Поскольку базы наблюдения для двух каналов записи различны, имеется возможность совмещать либо излучатели, либо (виртуально) приемники, разнося, соответственно, в пространстве либо приемники, либо излучатели акустического сигнала.

Метод построения виртуального зонда известен довольно давно; он позволяет устранять влияние неровностей ствола скважины (больших каверн и вывалов) на определяемые скорости исследуемых волн. Практически его применение довольно просто. Для получения виртуального взаимного зонда необходимо сдвинуть один из каналов записи (волновых массивов) по глубине на расстояние между приемными элементами (в нашем случае - 0,5 м). Для сравнения получаемых в результате разностных параметров (скорости, затухания) необходимо в глубины каротажных кривых вносить дополнительную поправку, равную меньшей базе наблюдения прибора.

Результаты применения такого подхода приведены на рис. 1. Как видно, при вычислении параметра затухания значительных изменений не произошло. Неустойчивость вычисляемого затухания осталась на прежнем уровне.

Такой подход позволяет виртуально провести повторные измерения - все положения излучающих и приемных элементов в пространстве совпадают для реального и виртуального зондов. Что касается искажающего влияния рассеяния сигнала на неоднородностях в области приема, то при построении виртуального зонда оно заменяется на рассеяние в области излучения, так как у прибора с одним приемником излучатели находятся в различных точках и скважинных условиях. Для движущегося по скважине прибора такая схема вычислений не дает желаемый результат, так как нет никаких гарантий, что приемные и передающие элементы прибора проходят одни и те же точки.

Рис.1. Сравнение каротажных кривых параметра затухания для действительного (K) и виртуального (K_v) зондов. K_avg - усредненное значение

Построение виртуального зонда не требуется, если имеются данные действительно компенсированного прибора - имеющего пару излучателей и пару приемников [2]. Материалы, полученные с применением такого прибора, содержат 4 канала записей - от каждой пары «излучатель-приемник». При этом, обработка данных от каждого излучателя по стандартной методике дают разностные параметры, соответствующие одним и тем же положениям приемников. Таким образом, в нашем распоряжении оказываются пары измерений в одних и тех же условиях (1). По стандартной разностной схеме из данных дальнего от излучателя приемника «вычитаются» данные ближнего. Учитывая, что приемник, дальний для одного излучателя, является ближним для другого, мы имеем возможность разделить явления, имеющие место в окрестности приемников и в пространстве между ними:

Таким образом, применительно к искомому затуханию сигнала, мы можем (потенциально) выделить его часть, обусловленную собственно горной породой ( бл ), избавившись от искажений ( бнл ). Для этого необходимо усреднить результаты двух его определений (2). Следует отметить, что важным является расстановка излучателей по обе стороны от приемников, в противном случае мы имели бы лишь повторные измерения, которые, по нашим предположениям, подвержены тем же самым искажениям:

Такая процедура была проделана на имеющихся материалах измерений четырехзондовым прибором. В качестве тестовых сигналов были рассмотрены сигналы волны по колонне. По предположениям рассеяние акустических сигналов в обсаженных скважинах мало, однако для иллюстрации метода эти данные подходят.

По предположениям влияние рассеяния сигнала таково, что на одной паре измерений результирующее затухание сигнала увеличивается относительно реального, а на другой - уменьшается. Это должно проявляться в разном виде частотных зависимостей затухания: увеличение и уменьшение результата происходит за счет нелинейной зависимости эффективного затухания. Если в первом случае нелинейная часть выпукла вверх, то во втором - вниз. искажение сигнал каротажный скважинный

Пример частотных спектров и зависимостей затухания сигналов четырехканального прибора, соответствующих одной глубине измерения, приведен на рис. 2. Как видно, имеющиеся зависимости удовлетворяют сделанным предположениям о характере их нелинейности.

Рис. 2. Пример частотных зависимостей параметров сигналов компенсационного зонда: А - амплитудные спектры, - коэффициент затухания (показан штрихами)

Для представленной пары измерений значение параметра затухания составило в одном случае 16,22 мкс/м, в другом - -0,42 мкс/м. Среднее составляет полусумму, то есть 7,9 мкс/м. В случае усреднения самих зависимостей затухания параметр затухания имеет значение 7 мкс/м. Следует отметить заметное «выпрямление» усредненной зависимости.

Таким образом, имеющиеся данные подтверждают предположения о возможности устранения искажений динамических параметров сигналов при использовании четырехэлементного скважинного прибора.

Список литературы

1. Тарантин М.В. Рассеяние головных волн на неоднородностях геологического разреза в акустическом каротаже // Шестая Уральская молодежная научная школа по геофизике: сб. науч. материалов / ГИ УрО РАН [и др.]. - Пермь, 2005. - С. 218-221.

2. Ивакин Б.Н. Акустический метод исследования скважин / Ивакин Б.Н., Карус Е.В., Кузнецов О.Л. - М.: Недра, 1978. ? 320 с.

Размещено на Allbest.ru