Длительное совершенствование элементов скважинных приборов АК массового применения привело к выравниванию характеристик измерительных зондов, разработанных разными зарубежными и отечественными фирмами и предприятиями ( табл. 3 , а). Повсеместно применяются компенсированные измерительные зонды, в которых расстояние от излучателя до ближнего приёмника составляет 0,915-1,0 м, а база зонда (расстояние между приёмниками) - 0,5-0,61 м. Собственная частота колебаний излучателей составляет 20-25 кГц. Излучатели упругих колебаний выполнены в виде пьезокерамических цилиндров у большинства зарубежных фирм; отечественные предприятия и фирма Halliburton используют цилиндрические магнитострикционные излучатели. Приёмники упругих колебаний во всех приборах выполнены из пьезокерамических сфер диаметром 30-50 мм.
Эксплуатационные характеристики у всех скважинных приборов также сходные. Диаметр приборов - 70-90 мм; диаметр обслуживаемых скважин - 108-457 мм. Почти все фирмы владеют также приборами меньшего диаметра (42-60 мм) для обслуживания скважин диаметром 51-120 мм, в том числе наклонно направленных скважин, забуриваемых из старых стволов. Термобарические характеристики скважинных приборов стандартные: у зарубежных фирм - 177 °С и 138 МПа; у отечественных - 120°С и 80 МПа. Более низкие характеристики отечественных приборов объясняются ничтожным количеством на территории РФ скважин с высокими значениями температур и давлений и редким выходом российских предприятий на обслуживание таких скважин в других районах мира. Отечественные приборы с более высокими характеристиками производятся в единичных экземплярах. Как правило, это достигается изготовлением корпусов приборов из специальных сталей или титановых сплавов и размещением электронных схем в сосудах Дьюара.
Приборы массового применения используются самостоятельно или в составе комбинированных сборок. Чаще всего в состав сборок входят приборы НК, ГГКП либо ИК. Для привязки результатов исследований к разрезу для всех приборов обязателен зонд ГК. Оцифровка первичных данных осуществляется в самих приборах зарубежными фирмами, использующими семижильный каротажный кабель и, соответственно, две-три линии передачи данных, и в каротажном регистраторе на дневной поверхности для отечественных приборов.
Среди скважинных приборов массового применения двумя отличительными чертами выделяется отечественный прибор АВАК-7 [1, 25]. Он содержит 2 монопольных излучателя, возбуждаемых на частотах 20 (или 12), 8 и 2,5 кГц, дипольный излучатель с собственной частотой колебаний 3-4 кГц и соответствующие им 2 пары монопольных и дипольных приёмников. Это позволяет организовать в процессе одной спускоподъёмной операции работу трёх разночастотных измерительных зондов, оснащённых монопольными преобразователями и обладающими различной чувствительностью к Р, S и St волнам, и одного дипольного зонда. Прибор обеспечивает раздельную регистрацию параметров продольной (на частотах 20, 12 и 8 кГц), поперечной (8 кГц и дипольным зондом) и Стоунли (2,5 кГц) волн в открытых и обсаженных скважинах. Поперечная и Стоунли волны регистрируются (первая - дипольным зондом, вторая - на частоте 2,5 кГц) вне интерференции с более высокочастотной Р волной в первом случае, Р и S волнами - во втором, что повышает достоверность измерений Dt, А, a. Зарегистрированы минимальные значения vs, равные 1050 м/с (Dts=950 мкс/м), значения vst в диапазоне 900-1500 м/с (Dtst=660-900 мкс/м). В обсаженных скважинах с помощью дипольного зонда достигается измерение параметров S волны в случае удовлетворительного и даже плохого цементажа, когда затрубное пространство заполнено цементом, но отсутствует его сцепление с колонной и породами.
Конструкции и эксплуатационные характеристики сканеров АК, предназначенных для детальных исследований открытых скважин, также близки друг к другу ( табл. 3 , б). Совмещенный "излучательприёмник" упругих колебаний совершает 6-12 оборотов в минуту вокруг оси скважинного прибора. Излучающая поверхность электроакустического преобразователя выполнена в форме вогнутого диска, радиус кривизны поверхности которого определяется размерами и собственной частотой колебаний преобразователя и близок к 100 мм. Рабочая частота колебаний преобразователя составляет 250-500 кГц в зарубежных приборах и 900-1000 кГц в отечественных. За исключением сканера АВК-42, ось преобразователя перпендикулярна оси скважинного прибора. Именно таким образом обеспечиваются максимальные интенсивность и дифференциация отражённых сигналов. В сканере АВК-42 преобразователь расположен вдоль оси прибора. Излучение (и приём) упругих импульсов в сторону стенки скважины достигается отражением сигналов от отражателя, расположенного на некотором расстоянии от преобразователя.
Дискретность сканирования в азимутальной плоскости регулируется в диапазоне 100-500 точек на один оборот [141], иногда она выдерживается постоянной - 128 точек на оборот [68, 79]. Дискретность исследований по вертикали составляет 8-10 мм при скорости движения прибора 180-500 м/ч. Ориентация развертки поверхности стенки скважины по сторонам света достигается применением магниточувствительного феррозондового датчика. Такого датчика лишён сканер АВК-42.
Разрешающая способность АК-сканеров достаточно высока. С их помощью на стенке скважины различаются неоднородности, линейные размеры которых превышают 6-7 мм. Это способствует выделению тонких, но протяжённых элементов разреза - устьев трещин, выходящих на поверхность стенки скважины, контактов пород с разной акустической жёсткостью (sv, где s - общая плотность пород, v -скорость распространения Р волны), прослоев и различных включений в тонком переслаивании песчано-глинистых пород. Одновременно определяется профиль скважины (колонны) по времени прихода к преобразователю сигнала, отраженного от стенки. Погрешность определения радиуса скважины в каждой точке сканирования не превышает ±0,7-1,0 мм. Приборы, посредством которых выполняются такие измерения, содержат дополнительный преобразователь "излучатель-приёмник", предназначенный для измерения на постоянной базе скорости vж упругой волны в скважинной жидкости.
С определённой степенью достоверности с помощью АК-сканеров решают задачи литологического расчленения тонко чередующихся терригенных толщ, выделения тонких (не регистрируемых приборами БМК и МК) прослоев и включений глинистых пород в песчаниках, идентификации трещиновато-кавернозных интервалов в карбонатных породах, определения границ наклона контактов пород, обладающих контрастными значениями акустических жесткостей. Отечественные сканеры АК, разработанные для исследований открытых скважин, применяют также в обсаженных скважинах. Изображение поверхности стенки скважины, получаемое в этом случае, позволяет установить глубины расположения муфтовых соединений (точнее, зазора между соседними обсадными трубами), перфорационных отверстий, трещин и порывов обсадной колонны, линейные размеры которых превышают пределы чувствительности метода.
2.2. Скважинные приборы для измерения полных волновых пакетов
Такие приборы предназначены для измерения в открытых и обсаженных скважинах параметров всех информативных волн - L, Р, S, St - в широких диапазонах изменения этих параметров ( табл. 4 ). С их помощью решается наиболее широкий круг геологических и технических задач, в том числе таких сложных, как количественные определения коэффициентов трещиноватости пород и направления преимущественного распространения трещин, расчет параметров гидроразрывов и прогнозирование пространственного положения трещины разрыва, выделение проницамых интервалов, оценка текущей насыщенности пород и т.д. ( табл. 4 ).
Все приборы этой группы содержат один или два монопольных широкополосных излучателя и от 4 до 16 (обычно 8) также широкополосных (1-30 кГц) приёмников, составляющих приёмную антенну ( табл. 5 ). В качестве излучателей, расположенных через 0,5-0,76 м друг от друга, применяют пьезоэлектрические цилиндры или, редко, пьезоэлектрические сферы диаметром не менее 50 мм. Диапазон излучаемых частот - обычно 1-30 кГц при средней рабочей частоте 11-17 кГц. Приёмниками служат пьезоэлектрические цилиндры малого диаметра или сферы диаметром 20-30 мм. Расстояние между приемниками - 0,15-0,31 м, но применяют также меньшие 0,05-0,10 м и большие 0,61-1,0 м расстановки. Длины наиболее короткого измерительного зонда (расстояние между ближайшими излучателем и приёмником) изменяются в разных приборах в пределах 0,9-3,5 м, но имеется ряд приборов, по определению фирм "с особо длинными базами", в которых они составляют 4-10 м. Как правило, в сборках приборов с антеннами приёмников имеются также 1-2 преобразователя для измерения скорости упругой волны в скважинной жидкости.
Наиболее совершенные, но и сложные скважинные приборы содержат, помимо антенны монопольных приёмников, ещё и антенну из 8 дипольных приёмников, воспринимающих сигналы от одного-двух низкочастотных (1-3 кГц) дипольных излучателей. Такие излучатели выполнены из биморфных пьезоэлектрических пластин, и только в скважинном приборе LFDT фирмы Halliburton применён магнитострикционный излучатель с преобладающей частотой излучения, равной 1,5 кГц. Дипольные приёмники располагаются между монопольными; характеристики направленности соседних дипольных приёмников могут быть ортогональны друг другу. С помощью дипольных измерительных зондов измеряют скорости поперечной волны, существенно меньшие скорости упругой волны в скважинной жидкости. Остронаправленные диаграммы излучения и приёма колебаний дипольными преобразователями позволяют определять анизотропию горных пород по скорости S волны и решать тем самым геологические задачи, связанные с оценкой преимущественного направления естественных и искусственных трещин. Приборами с антеннами монопольных и дипольных приёмников владеют 3 ведущие зарубежные фирмы (Schlumberger, Halliburton, Western Atlas International). Стоимость таких приборов составляет несколько сотен тысяч долларов.