Abstract

This article contents results of multipole acoustic fields in boreholes which were obtained with computer modeling (finite-element method). Multipole transmitters are a sign of the modern logging-while-drilling (LWD) technologies and acoustic tools with wavefields excitation and registration for slow and fast formations as well as a real-time porosity and permeability measuring. Nowadays the quadrupole transmitters are demanded. This subject is relevant for Russian geophysics tools manufacturing due to the necessity of the own logging-while-drilling technology development.The effective acoustic transmitter consisting of segmented piezoelectric rings was considered. The computer modeling allowed to get the optimum transmitter embodiment which was verified experimentally. The study results may be used in the LWD acoustic tools development.

Keywords

Аcoustic logging-while-drilling (LWD), multipole fields, quadrupole transmitter, computer modeling, finite-element method,

Reference

  •  1) Balabaev S.M. Kompyuternoe modelirovanie pezo- preobrazovateley i analiz ih parametrov metodami konech- nyh i granichnyh elementov: diss. d.f.-m.n. Vladivostok, 1998. 331 s.

  •  2) Vershinin A.G., Vershinin S.A., Dobrynin S.V. Razra- botka sovremennoy apparatury volnovogo kross-dipolnogo akusticheskogo karotazha s primeneniem kompyuternogo modelirovaniya // Tehnologii seysmorazvedki. 2013. №1. S. 87-95.

  •  3) Dubinskiy V., Tang K., Patterson D., Petpisit K. Novye razrabotki v oblasti akusticheskogo karotazha v pro- cesse bureniya (LWD) dlya izmereniya prodolnoy i poperech- noy skorostey v gornyh porodah pri izmenyayuschihsya uslovi- yah bureniya: tezisy dokl. sekcii V VII Kongressa neftegazo- promyshlennikov Rossii. Ufa, 2009. S. 25-32.

  •  4) Alford J., Blyth M., Tollefsen E., Crowe J., Loreto J., Mohammed S., Pistre V., A.R.-Herrera Sonic logging while drilling - shear answers // Oilfield Review, Spring 2012: 24, No 1. P. 4-15.

  •  5) Byun J. and Toksoz M.N. Analysis of the acoustic wavefields excited by the logging-while-drilling (LWD) tool // Geosystem Eng., 6(1), (Mart 2003). P. 19-25.

  •  6) Geerits T.W., Tang X.-M., Hellwig O., Bohlen T. Multipole borehole acoustic theory: source imbalances and the effects of an elastic logging tool // Journal of Applied Geophysics, v. 70, 2010. P. 113-143.

  •  7) Johnson C., Webb S., Cooper G., Frescura F. Wavelet- based semblance analysis applied to geophysical borehole data // 11th SAGA Biennial Technical Meeting and Exhibition Swaziland, 16-18 September 2009. P. 155-160.

  •  8) Joyce B., Patterson D., Leggett J., Dubinsky V. Introduction of a new omni-directional acoustic system for improved real-time LWD sonic logging-tool design and field test results // SPWLA 42 Annual Logging Symposium, June 22-25, 2001. P. 1-13.

  •  9) Kimball C.V., Marzetta T.L. Semblance processing of borehole acoustic array data // Geophysics, v. 49 (1986). P. 274-281.

  •  10) Kurkjian Andrew L. and Shu-Kong Chang. Acoustic multipole sources in fluid-filled boreholes // Geophysics, v. 51, No 1 (January 1986). P. 148-163.

  •  11) Kurkjian Andrew L. Numerical computation of individual far-field arrivals excited by an acoustic source in borehole // Geophysics, v. 50, No 5 (May 1985). P. 852-866.

  •  12) Market J. and Bilby C. Introducing the first LWD crossed- dipole sonic imaging service // SPWLA 52th Annual Logging Symposium, May 14-18, 2011. P. 1-16.

  •  13) Paillet F.L., Cheng C.H. Acoustic waves in boreholes, CRC Press, Inc., 1991. 264 p.

  •  14) Schmitt D.P. Shear wave logging in elastic formations // Journal Acoust. Soc. Am. Dec. 1988. P. 2215-2229.

  •  15) Sherman C.H., Butler J.I. Transducers and arrays for underwater sound. Springer, 2007. 610 p.

  •  16) Sinha B.K., Simsek E. and Asvadurov S. Influence of pipe tool on borehole modes // Geophysics, v. 74 (May-June 2009). P. 111-123.

  •  17) Tang X.-M., Cheng A. Quantitative borehole acoustic methods, v. 24: Elsevier Ltd. Kidlington, 2004. 255 p.

  •  18) Tang X.-M., Dubinsky V., Wang T., Bolshakov A., Patterson D. Shear-wave measurement in the logging-while- drilling environment: modeling and field evaluations // SPWLA 43 Annual Logging Symposium, June 2-5, 2002. P. 1-13.

  •  19) Tang X.-M., Patterson D.J. Single-well S-wave imaging using multicomponent dipole acoustic-log data // Geophysics, v. 74, No 6 (Nov.-Dec. 2009). P. 211-223.

  •  20) Tang X.-M., Patterson D., Dubinsky V., Harrison C.W. and Bolshakov A. Logging-while-drilling shear and compressional measurements in varying environments // SPWLA 44 Annual Logging Symposium, June 22-25, 2003. P. 1-13.

  •  21) Tang X.-M., Patterson D.J., Wu L. Measurement of formation permeability using Stoneley waves from an LWD acoustic tool // SPWLA 50 Annual Logging Symposium, June 21-24, 2009. P. 1-14.

  •  22) Wang H., Tao G. and Zhang K. Wavefield simulation and analysis with the finite-element methods for acoustic logging while drilling in horizontal and deviated wells // Geophysics, v. 78 (November-December 2013). P. 525-543.

  •  23) Zhu Z., Toksoz M.N., Rao R. and Burns D.R. Experimental studies of monopole, dipole, and quadrupole acoustic logging- while-drilling (LWD) with scaled borehole models // Geophysics, v. 73 (July-August 2008). P. E133-E143.

  •  24) Patent application US No 20050000688A1. Quadrupole acoustic shear wave logging-while-drilling. January 6, 2005.

  •  25) Patent application US No 20090022011. Acoustic transmitter comprising a plurality of piezoelectric plates. January 22, 2009.

  •  26) Patent US No 5387767. Transmitter for sonic logging- while-drilling. February 7, 1995.

  •  27) Patent US No 5753812. Transducer for sonic logging- while-drilling. May 19, 1998.

  •  28) Patent US No 623744B1. Apparatus and methods for determining a drilling mode to optimize formation evaluation measurements. May 29, 2001.

  •  29) Patent US No 6631327. Quadrupole acoustic shear wave logging-while-drilling. Oct. 7, 2003.

  •  30) Patent US No 7207397. Multipole transmitter source. April 24, 2007.

Исследование мультипольного излучателя для аппаратуры акустического каротажа в процессе бурения нефтяных и газовых скважин

Вершинин А.Г. Вершинин С.А. Мухамадиев Р.С.

Аннотация

Приводятся результаты исследования мультипольного излучения в скважинах, полученные с помощью компью- терного моделирования методом конечных элементов. Данный тип излучения является отличительным признаком совре- менной технологии и аппаратуры акустического каротажа в процессе бурения (АКПБ), обеспечивая создание и регистрацию волновых полей в низко- и высокоскоростных породах, а также определение пористости и оценку проницаемости пласта в реальном времени. На сегодняшний день наиболее востребованы квадрупольные излучатели, которые помимо монополь- ного создают дипольное и квадрупольное излучения. Для российского геофизического приборостроения данная тематика актуальна в связи с необходимостью разработки собственной технологии АКПБ. Рассмотрена конфигурация эффективного акустического преобразователя на основе набора колец из 4 дугообразных пьезокерамических элементов. Компьютерное моделирование позволило найти оптимальный вариант излучателя, параметры которого экспериментально проверены на макете. Результаты данного исследования могут быть использованы при разработке прибора акустического каротажа в про- цессе бурения нефтяных и газовых скважин.

Ключевые слова

Акустический каротаж в процессе бурения (АКПБ), мультипольное излучение, квадрупольный излуча- тель, компьютерное моделирование, метод конечных элементов,

Информация об авторах

Библиографическая ссылка

Вершинин А.Г. Вершинин С.А. Мухамадиев Р.С. Исследование мультипольного излучателя для аппаратуры акустического каротажа в процессе бурения нефтяных и газовых скважин // Геофизика. 2014. № 6. С. 46-57.

Список литературы

  •  1) Балабаев С.М. Компьютерное моделирование пьезо- преобразователей и анализ их параметров методами конеч- ных и граничных элементов: дисс. д.ф.-м.н. Владивосток, 1998. 331 с.

  •  2) Вершинин А.Г., Вершинин С.А., Добрынин С.В. Разра- ботка современной аппаратуры волнового кросс-дипольного акустического каротажа с применением компьютерного моделирования // Технологии сейсморазведки. 2013. №1. С. 87-95.

  •  3) Дубинский В., Танг К., Паттерсон Д., Петписит К. Новые разработки в области акустического каротажа в про- цессе бурения (LWD) для измерения продольной и попереч- ной скоростей в горных породах при изменяющихся услови- ях бурения: тезисы докл. секции В VII Конгресса нефтегазо- промышленников России. Уфа, 2009. С. 25-32.

  •  4) Alford J., Blyth M., Tollefsen E., Crowe J., Loreto J., Mohammed S., Pistre V., A.R.-Herrera Sonic logging while drilling - shear answers // Oilfield Review, Spring 2012: 24, No 1. P. 4-15.

  •  5) Byun J. and Toksoz M.N. Analysis of the acoustic wavefields excited by the logging-while-drilling (LWD) tool // Geosystem Eng., 6(1), (Mart 2003). P. 19-25.

  •  6) Geerits T.W., Tang X.-M., Hellwig O., Bohlen T. Multipole borehole acoustic theory: source imbalances and the effects of an elastic logging tool // Journal of Applied Geophysics, v. 70, 2010. P. 113-143.

  •  7) Johnson C., Webb S., Cooper G., Frescura F. Wavelet- based semblance analysis applied to geophysical borehole data // 11th SAGA Biennial Technical Meeting and Exhibition Swaziland, 16-18 September 2009. P. 155-160.

  •  8) Joyce B., Patterson D., Leggett J., Dubinsky V. Introduction of a new omni-directional acoustic system for improved real-time LWD sonic logging-tool design and field test results // SPWLA 42 Annual Logging Symposium, June 22-25, 2001. P. 1-13.

  •  9) Kimball C.V., Marzetta T.L. Semblance processing of borehole acoustic array data // Geophysics, v. 49 (1986). P. 274-281.

  •  10) Kurkjian Andrew L. and Shu-Kong Chang. Acoustic multipole sources in fluid-filled boreholes // Geophysics, v. 51, No 1 (January 1986). P. 148-163.

  •  11) Kurkjian Andrew L. Numerical computation of individual far-field arrivals excited by an acoustic source in borehole // Geophysics, v. 50, No 5 (May 1985). P. 852-866.

  •  12) Market J. and Bilby C. Introducing the first LWD crossed- dipole sonic imaging service // SPWLA 52th Annual Logging Symposium, May 14-18, 2011. P. 1-16.

  •  13) Paillet F.L., Cheng C.H. Acoustic waves in boreholes, CRC Press, Inc., 1991. 264 p.

  •  14) Schmitt D.P. Shear wave logging in elastic formations // Journal Acoust. Soc. Am. Dec. 1988. P. 2215-2229.

  •  15) Sherman C.H., Butler J.I. Transducers and arrays for underwater sound. Springer, 2007. 610 p.

  •  16) Sinha B.K., Simsek E. and Asvadurov S. Influence of pipe tool on borehole modes // Geophysics, v. 74 (May-June 2009). P. 111-123.

  •  17) Tang X.-M., Cheng A. Quantitative borehole acoustic methods, v. 24: Elsevier Ltd. Kidlington, 2004. 255 p.

  •  18) Tang X.-M., Dubinsky V., Wang T., Bolshakov A., Patterson D. Shear-wave measurement in the logging-while- drilling environment: modeling and field evaluations // SPWLA 43 Annual Logging Symposium, June 2-5, 2002. P. 1-13.

  •  19) Tang X.-M., Patterson D.J. Single-well S-wave imaging using multicomponent dipole acoustic-log data // Geophysics, v. 74, No 6 (Nov.-Dec. 2009). P. 211-223.

  •  20) Tang X.-M., Patterson D., Dubinsky V., Harrison C.W. and Bolshakov A. Logging-while-drilling shear and compressional measurements in varying environments // SPWLA 44 Annual Logging Symposium, June 22-25, 2003. P. 1-13.

  •  21) Tang X.-M., Patterson D.J., Wu L. Measurement of formation permeability using Stoneley waves from an LWD acoustic tool // SPWLA 50 Annual Logging Symposium, June 21-24, 2009. P. 1-14.

  •  22) Wang H., Tao G. and Zhang K. Wavefield simulation and analysis with the finite-element methods for acoustic logging while drilling in horizontal and deviated wells // Geophysics, v. 78 (November-December 2013). P. 525-543.

  •  23) Zhu Z., Toksoz M.N., Rao R. and Burns D.R. Experimental studies of monopole, dipole, and quadrupole acoustic logging- while-drilling (LWD) with scaled borehole models // Geophysics, v. 73 (July-August 2008). P. E133-E143.

  •  24) Patent application US No 20050000688A1. Quadrupole acoustic shear wave logging-while-drilling. January 6, 2005.

  •  25) Patent application US No 20090022011. Acoustic transmitter comprising a plurality of piezoelectric plates. January 22, 2009.

  •  26) Patent US No 5387767. Transmitter for sonic logging- while-drilling. February 7, 1995.

  •  27) Patent US No 5753812. Transducer for sonic logging- while-drilling. May 19, 1998.

  •  28) Patent US No 623744B1. Apparatus and methods for determining a drilling mode to optimize formation evaluation measurements. May 29, 2001.

  •  29) Patent US No 6631327. Quadrupole acoustic shear wave logging-while-drilling. Oct. 7, 2003.

  •  30) Patent US No 7207397. Multipole transmitter source. April 24, 2007.