Способ и система получения информации о нелинейных свойствах горных пород с помощью формирования луча акустической энергии

СПОСОБ И СИСТЕМА ПОЛУЧЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ О НЕЛИНЕЙНЫХ СВОЙСТВАХ ГОРНЫХ ПОРОД С ПОМОЩЬЮ ФОРМИРОВАНИЯ ЛУЧА АКУСТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В изобретении компактная матрица преобразователей используется в качестве скважинного прибора для акустического исследования окружающих горных пород. Матрица выполнена с возможностью формировать одновременно первый акустический лучевой сигнал на первой частоте и второй акустический лучевой сигнал на второй частоте, отличной от первой частоты. Эти два сигнала могут быть ориентированы через азимутальное вращение матрицы и вращение наклона с использованием управления относительными фазами сигналов из элементов передающего устройства или электромеханическое соединение. Вследствие нелинейности пород, первый и второй акустический лучевой сигнал смешиваются в горных породах, где они комбинируются в коллимированный третий сигнал, который проходит в породах вдоль направления, идентичного направлению первого и второго сигналов, и имеет частоту, равную разности первого и второго акустических сигналов. Третий сигнал принимается либо в этой скважине после отражения, либо в другой скважине после передачи и анализируется, чтобы определять информацию о горных породах. Запись третьего сигнала, сформированного вдоль нескольких азимутальных направлений и направлений наклона, также предоставляет трехмерные изображения пород, информацию о трехмерном распределении свойств горных пород и текучих сред и индикатор относительно динамической акустической нелинейности пород. Джонсон Пол А., Гайер Роберт, Ле Ба Пьер-Ив, Ву Кунг, Нихеи Курт, Шмитт Денис П., Скелт Кристофер, Тен Кейт Джеймс А. (US) Медведев В.Н. (RU)(71)(73) Заявитель и патентовладелец: ШЕВРОН Ю.Эс.Эй. ИНК.; ЛОС АЛАМОС НЭШНЛ СЕКЬЮРИТИ ЭлЭлСи (US) Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение, в общем, относится к акустическому зондированию горных пород вокруг скважины, а более конкретно, к использованию комбинации источника звука, включающего в себя один преобразователь или матрицу преобразователей в стволе скважины и акустически нелинейные горные породы рядом со стволом скважины в качестве источника акустического луча. Уровень техники Акустическое зондирование подземных тел зачастую ограничено размером и мощностью практических источников, и на практике вывод скважинных акустических преобразователей ограничен характеристиками передачи энергии кабельного троса. Высокочастотные сигналы имеют относительно короткое расстояние проникновения, тогда как низкочастотные сигналы, в общем, требуют крупных источников, фиксировано прикрепленных к стенке ствола скважины, чтобы максимизировать передачу энергии в породы и минимизировать посторонние сигналы в стволе скважины. Предпринимаются попытки формировать такой низкочастотный сигнал, но каждый из них имеет собственные недостатки. Например, патент (США) номер 5521882 авторов D'Angelo и др. раскрывает акустический скважинный прибор, предназначенный для того, чтобы записывать нелинейные волны, которые проходят вдоль стенки ствола скважины и преломляются обратно в скважину с ограниченным проникновением в окружающие горные породы. Патент (США) номер 730152 автораLeggett, III и др. раскрывает использование оборудования низа бурильной колонны, имеющего матрицу преобразователей, расположенных на противоположных концах блока оборудования, чтобы формировать сигналы, которые сходятся под углом, как сообщается в работе Johnson и другие (1987). Сигналы из нелинейного смешения под углом являются чрезвычайно слабыми и рассеянными и не будут проникать глубоко в окружающие горные породы. В свете этих предшествующих попыток, имеется необходимость в источнике акустического сигнала, который может формировать низкочастотную энергию из скважины в подземной среде. Сущность изобретения В соответствии с аспектом изобретения предусмотрен способ формирования луча акустической энергии в горных породах, через которые проходит скважина. Способ содержит формирование первого акустического сигнала на первой частоте; формирование второго акустического сигнала на второй частоте, отличной от первой частоты, при этом первый акустический сигнал и второй акустический сигнал формируются посредством матрицы преобразователей, расположенных в скважине; передачу первого и второго акустических сигналов в акустически нелинейную часть горных пород за пределами скважины; комбинирование первого и второго акустических сигналов посредством процесса трехволнового смешения, чтобы формировать коллимированный третий сигнал в горных породах, при этом коллимированный третий сигнал проходит через горные породы в направлении, идентичном начальному направлению первого и второго акустических сигналов, и имеет частоту, равную разности первого и второго акустических сигналов, и амплитуду, зависимую от нелинейного свойства горных пород; прием третьего сигнала в одном или более приемных устройств после того, как он отражен или обратно рассеян от неоднородности в породах; и анализ принимаемого сигнала, чтобы определять информацию о горных породах. В соответствии с аспектом изобретения предусмотрена система для определения информации о горных породах, через которые проникает скважина. Система содержит один или более преобразователей, выполненных с возможностью формировать первый акустический сигнал на первой частоте и формировать второй акустический сигнал на второй частоте, отличной от первой частоты; одно или более приемных устройств, поддерживающих связь с одним или более преобразователей, причем приемные устройства выполнены с возможностью обнаруживать через горные породы третий сигнал, который является результатом взаимодействия первого и второго акустических сигналов в области горных пород вне скважины, при этом обнаруженный третий сигнал обнаруживается после прохождения через часть горных пород, и процессор, запрограммированный с помощью машиноисполняемых инструкций для анализа принимаемого сигнала, чтобы определять информацию о горных породах. В соответствии с аспектом изобретения предусмотрена система для отличения нелинейного свойства горных пород, через которые проникает первая скважина. Система содержит один или более преобразователей, выполненных с возможностью формировать первый акустический сигнал на первой частоте и формировать второй акустический сигнал на второй частоте, отличной от первой частоты, при этом матрица размещается в первой скважине; одно или более приемных устройств, размещаемых во второй скважине и поддерживающих связь с одним или более преобразователей, причем приемные устройства выполнены с возможностью обнаруживать через горные породы третий сигнал, который является результатом взаимодействия первого и второго акустических сигналов в области горных пород вне первой скважины, при этом обнаруженный третий сигнал обнаруживается после прохождения через часть горных пород и отражения от неоднородности; и процессор, программируемый с помощью машиноисполняемых инструкций для анализа принимаемого сигнала, чтобы определять информацию о горных породах в нелинейной области взаимодействия между первой и второй скважинами. Эти и другие цели, признаки и характеристики настоящего изобретения, а также способы работы и функции связанных элементов структуры и комбинации частей и изделий должны становиться более очевидными при рассмотрении последующего описания и прилагаемой формулы изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, все из которых являются частью этого подробного описания, при этом аналогичные ссылки с номерами обозначают соответствующие части на различных чертежах. Тем не менее,следует точно понимать, что чертежи служат только для целей иллюстрации и описания и не предназначены в качестве задания ограничений изобретения. При использовании в подробном описании и в формуле изобретения использование единственного числа включает в себя использование множественного числа, если контекст явно не предписывает иное. Краткое описание чертежей Фиг. 1, в общем, показывает то, как возникает явление трехволнового смешения для Р-волн в присутствии скважины, в котором две падающие волны в двух различных частотах f1 и f2 излучаются в породах и, как результат, нелинейных свойств пород приводят к формированию третьей волны с низкой частотой f=f2-f1; фиг. 2 показывает экспериментальную испытательную установку в соответствии с аспектом изобретения; фиг. 3 А-3 С показывают некоторые результаты из экспериментальной испытательной установки по фиг. 2, иллюстрирующие сигнал открытого когерентного луча на 5 кГц, сформированный посредством смешения двух первичных лучей с частотами 38 и 43 кГц; фиг. 4 показывает геометрию источника, расположенного в скважине, и области смешения, расположенной вне скважины, где сигналы из источников смешиваются; фиг. 5 является схематической иллюстрацией матрицы преобразователей наряду с заданием сдвига фази угла управления ; фиг. 6 является схематической иллюстрацией, показывающей пример того, как управление азимутом и наклон плоскости матрицы могут осуществляться посредством вращения вокруг оси ствола скважины и качания в плоскости, перпендикулярной оси ствола скважины; фиг. 7 показывает распределение источников матрицы, используемой для экспериментальной установки на фиг. 2-4 и 8; фиг. 8 А и 8 В показывают экспериментальные результаты, полученные из распределения источников в матрице преобразователей по фиг. 7, показывающие, что луч разностной частоты в 5 кГц может управляться посредством управления первичными лучами. Черный круг указывает положение матрицы преобразователей на противоположной стороне блока песчаника; фиг. 8 В показывает то, как управление первичными лучами приводит к управляемому лучу на разностной частоте; фиг. 9 А и 9 В показывают аспект варианта осуществления, используемый для того, чтобы создавать изображения, в том числе трехмерные изображения, вокруг скважины; фиг. 10 показывает аспект варианта осуществления для выполнения межскважинной томографии; фиг. 11 А и 11 В показывают аспект варианта осуществления, в котором источник в первой скважине перемещается в осевом направлении и принимается во множестве местоположений во второй скважине в конфигурации, предназначенной для интерпретации свойства межскважинных пород и залегания пластов; фиг. 12 показывает системные компоненты для формирования третьего сигнала в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Подробное описание изобретения В варианте осуществления матрица преобразователей используется для того, чтобы формировать акустический луч в нелинейных горных породах вокруг скважины через явление трехволнового смешения посредством смешения двух коллимированных первичных акустических сигналов более высокой частоты, как проиллюстрировано на фиг. 1. Два коллимированных первичных акустических сигнала 110,120 могут формироваться в широком диапазоне более высоких частот посредством компактной матрицы,поскольку высокочастотные источники могут легко входить в скважину 130. Нелинейность горных пород 140 вокруг скважины приводит к формированию коллимированного акустического луча 150, обычно называемого лучом параметрической матрицы, имеющего частоту, равную разности между первичными акустическими сигналами, и с достаточной интенсивностью, чтобы проходить на значительное расстояние в горные породы. Как показано, высокочастотные источники распределяются в плоскости параллельно оси скважины. Первичные источники могут иметь несколько типов, в зависимости от варианта применения, такие как монопольный источник (т.е. изотропное излучение) или дипольный источник (т.е. эквивалент сосредоточенным силам) или набор монопольных перегородчатых источников, фиксированно прикрепленных к стенке ствола скважины или зафиксированных на скважинном приборе, расположенном в скважине. Нелинейное поведение пород может быть характеризовано через анализ свойств Р-волн, являющихся результатом явления трехволнового смешения, при котором две падающие волны на двух различных частотах, f1 и f2, смешиваются, чтобы формировать третьи частотные компоненты в гармониках и комбинационные частоты f2-f1, f2+f1, 2f1 и 2f2 и т.д. В аспекте изобретения явление трехволнового коллинеарного смешения должно возникать около ствола скважины. Только результирующая третья волна разност-2 022887 ной частоты f2-f1 представляет интерес для этого варианта применения. Третья волна может записываться посредством одного или более приемных устройств, расположенных в одном или другом стволе скважины. Эта компоновка проиллюстрирована на фиг. 1, где формирование третьей волны, имеющей разностную частоту, показывается сформированной посредством двух первичных источников. В случае, если первичные источники размещаются как монопольные направленные источники, источники являются жестко направленными в плоскости матрицы и могут контактировать со стенкой ствола скважины. В матрице преобразователей некоторые источники или преобразователи возбуждаются на одной частоте f1, при этом другие одновременно возбуждаются на другой частоте f2. Рядом со стволом скважины низкочастотная (f=f2-f1) волна создается посредством нелинейного смешения в породах двух высокочастотных первичных лучей.- это нелинейный параметр, который характеризует нелинейную взаимосвязь между напряжением и деформацией и, например, в одной размерности, появляется в уравнении =K (1), где- это приложенное напряжение, K - это модуль объемной деформации иэто деформация.типично варьируется от 200 до 1000 для пород. Объем, в котором создается третья волна, задается посредством V=a2LT, где а - это радиус, охватывающий источники, a LT - это длина,связанная с ослаблением этих частот. Следует отметить, что длина ослабления La (или поглощения) волны отличает снижение до 1/е амплитуды, известна специалистам в данной области техники и задается посредством следующего: где f - это частота (Гц), Q - это коэффициент качества и с - это скорость волны (м/с). LT - это длина полного ослабления, выражаемая как LT-1=L1-1+L2-12L2-1. Разностный частотный сигнал формируется и проходит из объема V в приемное устройство или матрицу приемных устройств в одной скважине посредством отражения от поверхностей раздела с контрастирующим акустическим сопротивлением или посредством обратного рассеяния от неоднородностей или посредством передачи во вторую скважину. Прохождение осуществляется в коллимированном луче,ширина которого определяется посредством kLT, где k - это волновое число третьей волны: k=k2k1=2(f2-f1)/c. Другой интересующей длиной является так называемое рэлеевское расстояние, LR, которое задает предел между областями ближней зоны и дальней зоны луча где k - это волновое число, т.е. k=2fp/c, и а - это радиус источника. Частота fp упоминается как первичные лучи. Область ближней зоны соответствует расстоянию Lx меньшему, чем L. В этой области луч имеет неизменяющийся размер. В области дальней зоны, т.е. для LxL, амплитуда луча убывает какL/Lx, которое является коэффициентом размывания луча. Фиг. 2 показывает экспериментальную испытательную установку в соответствии с аспектом изобретения. В установке размеры блока песчаника 210 Береа составляют 1,80,40,4 м. Отдельные источники 220, которые содержат матрицу 230, имеют диаметр 2,5 см, размещены в пределах круга с радиусом в 6 см. Половина источников возбуждена на частоте f2=43 кГц, а другая половина - на частоте f1=38 кГц. Третья волна в таком случае имеет частоту f=43-38 кГц=5 кГц. Каждый из источников 220, имеющих частоту f1, возбуждается посредством формирователя 240 сигналов, который выполнен с возможностью формировать сигнал на частоте f1, и усилителя 250. Аналогично, каждый из источников 220, имеющих частоту f2, возбуждается посредством формирователя 260 сигналов, который выполнен с возможностью формировать сигнал на частоте f2, и усилителя 270. Движения на разностной частоте обнаружены с помощью лазерного виброметра 280, расположенного на противоположной стороне блока песчаника 210 Береа, гарантируя отсутствие возможных электронных помех при тензометрировании. Фиг. 3 А-3 С являются последовательностью карт деформации на трех частотах для установки по фиг. 2, соответствующих первичным частотам и разностной частоте, записанными с помощью лазерного виброметра 280. В частности, фиг. 3 А показывает первичный сигнал при 43 кГц и фиг. 3 В показывает другой первичный сигнал при 38 кГц. Фиг. 3 С показывает третий сигнал частоты в 5 кГц, являющийся результатом эффекта параметрической матрицы по нелинейному смешению двух первичных лучей. Как видно на фиг. 3 С, этот третий сигнал наследует коллимированные свойства первичных лучей. Для лабораторного эксперимента с использованием коэффициента качества в 50 и скорости волны в 2000 м/с длина ослабления для этих двух первичных лучей составляет 0,37 и 0,42 м (соответственно для 43 и 38 кГц),при этом она составляет 3,2 м для третьей волны. Рэлеевское расстояние при радиусе источника 6 см примерно равно 0,2 м. Это демонстрирует, что тензометрирование выполнено в области дальней зоны. Фиг. 4 показывает геометрию источника, расположенного в скважине, и области смешения вне скважины, где сигналы из источников соединяются. Интенсивность разностного (f2-f1) источника луча и эффект фокусировки луча зависит от интенсивностей первичных источников f1 и f2, нелинейных свойств горных пород, окружающих скважину, и волновых чисел первичного источника и результирующей раз-3 022887 ностной частоты. На фиг. 4 k1 и k2 - это волновые числа, ассоциированные с первичными частотами f1 и f2 соответственно. k - это волновое число, ассоциированное с третьей волной частоты (f2-f1), сформированной посредством нелинейного смешения в породах. Уголподсчитывается от горизонтали, которая соответствует =0, и соответствует азимутальному направлению относительно скважины. Считается, что первичный источник распределяется в круге радиуса а. Безразмерное уравнение для поля деформаций в скважине приемного устройства, ассоциированной с третьей волной, обозначенной посредством , может быть определено из следующего: где- это нелинейный параметр пород,равно kL, где k=k2-k1, и L - это разделение скважин. 1 и 2 - это деформации на частотах f1 и f2 соответственно. Функции DA и Dw (угла тета, измеренного от оси луча) являются направленностями, которые являются результатом конечной ширины а и длины LT источника соответственно. Направленность DA задается посредством следующего: где J1 - это функция Бесселя порядка 1 при DA(0)=1. Направленность Dw вследствие эффекта Вестервельта задается посредством следующего: Следует отметить, что аналогично DA, Dw(0)=1 (а именно коэффициент направленности является максимумом на оси лучей). Фиг. 5 показывает схематическую матрицу наряду с заданием сдвига фази угол управления : где- это частота первичного луча, f1 или f2, который должен управляться, d - это расстояние между источниками и с - это скорость Р-волны пород. На иллюстрации первичные источники, имеющие частоту f1 и f2, чередуются вдоль оси X, и угол управленияизмеряется от оси Z и к оси X, при этом ось X и ось Z являются взаимно перпендикулярными. В некоторых вариантах осуществления направление луча управляется посредством избирательного управления азимутом матрицы посредством вращения вокруг оси скважинного прибора и наклона, угла между плоскостью передней стороны матрицы и осью скважинного прибора. Соответствующие оси вращения проиллюстрированы на фиг. 6. При помощи приводов (не показаны) плоскость матрицы может эффективно управляться по азимуту и наклону. Приводы тем самым могут использоваться для управления или изменения направления первичных частот f1 и f2. В некоторых вариантах осуществления наклон первичных сигналов f1 и f2 достигается посредством управления относительной фазой некоторых из элементов в матрице источников, при этом отметим, что третий сигнал в рамках пород будет наследовать направление первичных лучей. Пример такого управления, реализованного в лаборатории, показывается на фиг. 7. В качестве неограничивающего примера матрица, используемая в лаборатории, разделена на пять областей или несколько матриц, называемых"столбцами". В столбце 1 два преобразователя показаны помеченными "1" и выполнены с возможностью формировать частоту f1 без задержки по фазе. В столбце 2 показаны четыре преобразователя, при этом преобразователи, помеченные "2", выполнены с возможностью формировать частоту f1, смещенную на фазу , и преобразователи, помеченные "3", выполнены с возможностью формировать частоту f2, имеющую нулевое смещение фазы. В столбце 3 показаны пять преобразователей, при этом преобразователи,помеченные "4", выполнены с возможностью формировать частоту f1, смещенную на фазу 2 , и преобразователи, помеченные "5", выполнены с возможностью формировать частоту f2, смещенную на фазу. В столбце 4 показаны четыре преобразователя, при этом преобразователи, помеченные "6", выполнены с возможностью формировать частоту f1, смещенную на фазу 3 , и преобразователи, помеченные"7", выполнены с возможностью формировать частоту f2, смещенную на фазу 2 . В столбце 5 два преобразователя показаны, при этом преобразователи, помеченные "8", выполнены с возможностью формировать частоту f2, смещенную на фазу 3 . В лабораторной демонстрации разность фаз между каждым из этих "столбцов" выбрана так, чтобы управлять первичными лучами на 15 от перпендикуляра к плоскости преобразователей. В этом неограничивающем примере преобразователи присоединены к блоку песчаника, как показано на фиг. 2. Другие конфигурации также являются возможными без отступления от объема изобретения. Например, может использоваться большее или меньшее число преобразователей,преобразователи могут размещаться в чередующихся шаблонах, и относительная фаза сигналов может значительно отличаться от описанного примера до тех пор, пока разности фаз среди первичных акустических сигналов приводят к регулированию или управлению их направлением прохождения. Фиг. 8 А показывает экспериментальные результаты, полученные без управления (когда сдвиг фаз не применяется между "столбцами"), при этом фиг. 8 В показывает результаты, когда управление применяется для установки, показанной на фиг. 7. Как показано на фиг. 8 А, набор преобразователей, работающих на частоте 60 кГц, и второй набор, работающий в 65 кГц, ни один из которых не имеет смещения фазы, применяемого к соответствующим преобразователям, формирует третий сигнал с частотой f2-f1=5 кГц, который сфокусирован так, как указано посредством круга. В отличие от этого, когда управление применяется посредством использования фазового управления, описанного относительно фиг. 7, местоположение каждой из первых и вторых частот так же, как разностный сигнал, смещается от центра матрицы на противоположной лицевой поверхности блока песчаника, указываемого посредством круга на чертеже. В некоторых вариантах осуществления третий сигнал кодируется с помощью изменяющегося во времени кода, который может быть введен или в первый или во второй сигнал, или в оба сигнала. Изменяющийся во времени код может включать в себя одно или более из изменения амплитуды, изменения частоты и/или изменения фазы первого, второго или как первого, так и второго сигнала. Принимаемый изменяющийся во времени код третьего сигнала может использоваться для того, чтобы измерять время пролета третьего сигнала. Дополнительно, в некоторых вариантах осуществления коллимированный разностный луч разности может быть широкополосным, если одна из первичных частот качается по диапазону частот, тогда как другая зафиксирована на конкретной частоте. Таким образом, результирующий третий луч f2-f1 будет качаться в широком частотном диапазоне. Фиг. 9 А и 9 В показывают аспект изобретения, используемый для того, чтобы создавать изображения, в том числе трехмерные изображения, вокруг скважины. Коллимированный разностный луч (f2-f1),сформированный посредством способа, описанного в этом изобретении, является подходящим для создания изображения горных пород вокруг ствола скважины. Разностный луч может быть нацелен в конкретном направлении, чтобы собирать сведения о конкретной области горных пород. Неоднородность пород, локализованных вдоль луча, будет формировать отражение, линейность или рассеивание сейсмических волн. Отраженные и рассеянные волны записываются посредством матриц приемных устройств в одной скважине (для случая формирования изображений одиночной скважины). Фиг. 9 А и 9 В иллюстрируют примеры множества возможных измерений и конфигураций скважинного прибора. На фиг. 9 А матрица преобразователей размещается в кольцевой матрице 905 со скважиной 910. Две первичные частоты f1 и f2 формируются посредством матрицы и смешиваются в нелинейной области вне ствола скважины 925, чтобы формировать разностную частоту f3. Луч разностной частоты отражается или рассеивается от смежного вмещающего пласта или другого объекта, и этот отраженный луч 930 принимается посредством приемных устройств 915 в скважине 910. Матрица в форме кольцевой матрицы 905, включающей в себя приемные устройства 915, может перемещаться вверх и вниз по длине скважины, чтобы формировать изображение конкретных пород рядом со скважиной. Кроме того, матрица может вращаться вокруг оси скважины, чтобы формировать изображение пород в любом направлении вокруг скважины. Фиг. 9 В показывает переменную конфигурацию линейной матрицы 920. Фиг. 9 В является аналогичной фиг. 9 А, но показывает линейную матрицу, выполненную вдоль оси скважины. Любая матрица может вращаться вокруг оси скважинного прибора, чтобы достигать формирования изображений пород вокруг скважины. Записи принимаемых форм сигналов обрабатываются, чтобы формировать изображение отражения или характеристики передачи пород. Направленность луча и время пролета позволяют определять местоположения, где рассеянные волны формируются, что отличает это устройство от обычных технологий формирования акустических изображений с использованием традиционных ненаправленных монопольных и дипольных источников. Ассоциированный эффект использования луча по сравнению с традиционными источниками заключается в том, что вычисление изображения акустических свойств пород может не требовать подробного задания поля скоростей для горных пород. Измерение направленности луча и времени пролета упрощает и повышает способность идентифицировать местоположение, где волны отражаются или рассеиваются. В частности, направленность матричного источника луча локализует источники записанной рассеянной волны вдоль направления луча, и временная задержка локализует положение рассеянного источника вдоль траектории луча. Таким образом, формирование изображений скважины с помощью источника луча представляет упрощение и уменьшение неопределенности в конечном изображении в отличие от традиционных (не лучевых) источников, которые требуют точной подробной модели скорости для вычисления фокусировки трехмерного изображения. Кроме того, поскольку луч является сфокусированным и управляемым, луч матрицы имеет азимутальную направленность и направ-5 022887 ленность наклона относительно скважины, и формирование изображений зачастую имеет более высокое разрешение, чем традиционный источник с небольшой направленностью и последовательной неоднозначностью относительно источника отражения. Ожидаемая частота разностного луча для изобретения варьируется от 500 Гц до 10 кГц. Низкочастотная часть диапазона находится на очень низком краю диапазона, используемого посредством традиционных приборов акустического каротажа, что подразумевает большую глубину проникновения, до нескольких сотен футов, вследствие меньшего ослабления. Важно отметить то, что поскольку луч формируется в породах вне скважины, этот механизм формирования низкочастотных лучей не должен приводить к формированию скважинных методов, таких как волна Стонли, которые захватывают большую часть энергии, сформированной в скважине посредством традиционных источников. Кроме того, обратное рассеяние акустической энергии может использоваться для того,чтобы формировать изображение вокруг скважины посредством вращения по азимуту и наклону и линейного перемещения матрицы 920 вдоль скважины. Фиг. 10 показывает аспект изобретения для выполнения межскважинной томографии. Частотный диапазон от 500 Гц до 10 кГц с диапазоном исследования в несколько сотен футов от скважины может применяться в варианте применения межскважинной визуализации и томографии. Кроме того, природа луча источника допускает различные технологии обработки для межскважинного формирования изображений и межскважинной томографии, которые отличаются от подходов с использованием нефокусированных источников. В этом аспекте источник луча 1010 формируется из одной скважины 1020 и обнаруживается с помощью приемных устройств 1030, 1040, 1050 во второй скважине 1060. В межскважинной томографии время прохождения и амплитуды вступлений прямой волны между различными источниками и приемными устройствами между скважинами обрабатываются с помощью различных способов инверсии томографии, чтобы получать поперечное сечение скорости и интенсивности ослабления горных пород между скважинами. При управляемом параметрическом источнике луча луч может сканироваться и обнаруживаться посредством матрицы детектора Y1, Y2, Y3 и т.д. во второй скважине. В этой конфигурации максимальный сигнал должен систематически качаться последовательно для приемных устройств, делая обнаружение вступления прямой волны более простым и надежным. Фиг. 11 А и 11 В показывают аспект изобретения, в котором источник в первой скважине перемещается в осевом направлении и принимается во множестве местоположений во второй скважине. В этом аспекте источник луча параметрической матрицы, сформированный посредством смешения в рамках пород вокруг скважины, может быть выполнен в скважинных приборах с возможностью измерять и создавать каротажную диаграмму нелинейных свойств области рядом со стволом скважины, где трехволновое смешение возникает. В этой конфигурации луч параметрической матрицы формируется из местоположения X1 в одной скважине и управляется в направлении множества приемных устройств в местоположении Yi во второй скважине. Пусть измеренный сигнал - это M(Xi, Yi). Источник перемещается вверх по стволу в местоположение Х 2, и аналогичные данные собираются, чтобы задавать измеренный сигнал М(Х 2, Yi). Из уравнения (4) очевидно то, что сумма по многим Yi соотношения M(X1, Yi)/M(X2, Yi) должна быть пропорциональной соотношению (X1)/(X2), где- это нелинейные свойства в пределах расстояния смешения (несколько футов) исходной скважины. Посредством повторения измерений для множества местоположений Xi каротажная диаграмма относительных интенсивностей нелинейных свойств близко к исходной скважине и в рамках выбранного интервала глубины может получаться из уравнения (4) как средневзвешенное соотношение сигналов, например, по формуле Следует понимать, что вышеуказанное соотношение применимо к сигналу, доминирующая частота которого - это разностная частота, т.е. (f2-f1). Другое относительное измерение нелинейности пород рядом со скважиной может быть сделано посредством рассмотрения соотношения амплитуд принимаемого сигнала на частоте (f2-f1) к сигналу, излучаемому в источнике. Если имеются сильные отражения, окружающие скважину, источник может быть сконфигурирован в скважинных приборах с возможностью измерять и создавать каротажную диаграмму нелинейных свойств очень близко к скважине, поскольку статистическое распределение интенсивностей отражения Земли, характеристика отражательной способности Земли являются медленно изменяющейся функцией местоположения источника, тогда как нелинейные свойства породы только вокруг скважины варьируются более быстро относительно местоположения источника. Следовательно, с использованием одиночной скважины каротажная диаграмма высоких пространственных частот функциитакже может формироваться с помощью уравнения (9). Фиг. 12 показывает системные компоненты для формирования третьего сигнала. Первый формирователь 1210, выполненный с возможностью формировать первый акустический сигнал на частоте f1, и второй формирователь 1215, выполненный с возможностью формировать второй акустический сигнал на частоте f2, соединяются с блоком 1220 преобразователей, размещаемым в скважине. Система 1225 управления диаграммой направленности луча и механизм 1230 управления азимутом и наклоном луча соединяются с блоком 1220 преобразователей и выполнены с возможностью управлять первым, вторым и/или как первым, так и вторым сигналом. Механизм 1230 управления азимутом и наклоном может быть выполнен с возможностью управлять либо модуляцией фазы первого, второго и/или как первого, так и второго сигнала, либо активацией приводов на блоке преобразователей, чтобы осуществлять управление лучами. Блок 1235 приемных устройств может находиться либо в скважине, содержащей блок 1220 преобразователей, либо в другой скважине. Блок 1235 приемных устройств включает в себя одно или более приемных устройств, выполненных с возможностью принимать третий сигнал. Принимаемый третий сигнал может сохраняться в модуле 1240 записи необработанных данных и обрабатываться с помощью процессора 1245 сигналов. Обработанные данные могут сохраняться и отображаться посредством компьютера 1250. Блок приемных устройств может подключаться к модулю 1240 записи данных и процессору 1245 сигналов через проводное или беспроводное подключение. Компьютер 1250 может включать в себя машиночитаемые инструкции, выполненные с возможностью обрабатывать и управлять обработанными данными, как должно быть очевидным. Хотя изобретение описано подробно для цели иллюстрации на основе того, что в настоящее время считается наиболее практически полезными и предпочтительными вариантами осуществления, следует понимать, что такая подробность служит исключительно для этой цели и что изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления, а, наоборот, имеет намерение покрывать модификации и эквивалентные компоновки, которые находятся в рамках сущности и объема прилагаемой формулы изобретения. Например, хотя ссылка приводится в данном документе на компьютер, он может включать в себя компьютер общего назначения, компьютер специального назначения, ASIC, включающую в себя машиноисполняемые инструкции и программируемую, чтобы осуществлять способы, массив компьютеров или сеть или другое соответствующее вычислительное устройство. Как показано на фиг. 12, данные, собираемые посредством приемных устройств, должны подвергаться некоторой обработке и либо сохраняться в запоминающем устройстве в скважинном приборе, либо передаваться вверх по стволу для дополнительной обработки и хранения. В качестве дополнительного примера следует понимать, что настоящее изобретение рассматривает то, что до возможной степени, один или более признаков любого варианта осуществления могут быть комбинированы с одним или более признаков любого другого варианта осуществления. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ получения информации о нелинейных свойствах горных пород с помощью формирования пучка акустической энергии в формации горных пород, в которой проходит скважина, содержащий этапы, на которых формируют посредством первого множества преобразователей, расположенных в скважине, первый сигнал акустического пучка на первой частоте; формируют посредством второго множества преобразователей, расположенных в скважине, второй сигнал акустического пучка на второй частоте, отличной от первой частоты,причем первое множество преобразователей и второе множество преобразователей, которые объединены в матрицу таким образом, что первый сигнал акустического пучка и второй сигнал акустического пучка являются, по существу, коллинеарными, причем первый сигнал акустического пучка и второй сигнал акустического пучка обеспечивают возможность коллинеарного смешивания в объеме горных пород вне скважины для формирования коллимированного третьего акустического пучка в формации горных пород, проходящего в том же самом направлении, как и направление первого и второго акустических пучков за пределы объема смешивания с частотой, по существу, равной разности между первой частотой и второй частотой, принимают посредством одного или более приемников принятый результирующий сигнал, который получен в результате взаимодействия коллимированного третьего акустического пучка с неоднородностями в формации горных пород, в качестве коллимированного акустического пучка, который проходит через формацию горных пород; анализируют с помощью процессора характеристику принятого результирующего сигнала, включающую в себя время пролета и/или амплитуду принятого сигнала, чтобы определить информацию о формации горных пород. 2. Способ по п.1, в котором одно или более приемных устройств находятся в другой скважине. 3. Способ по п.2, в котором принимаемый сигнал принимается посредством одного или более приемных устройств посредством передачи, отражения и обратного рассеяния. 4. Способ по п.1, в котором одно или более приемных устройств находятся в одной и той же скважине. 5. Способ по п.1, дополнительно содержащий этап, на котором вращают первое множество преобразователей или второе множество преобразователей или одно и другое вокруг оси скважины, чтобы управлять азимутом первого и второго акустических сигналов. 6. Способ по п.1, дополнительно содержащий этап, на котором управляют наклоном коллимированного третьего акустического пучка в плоскости, проходящей через ось ствола скважины. 7. Способ по п.6, в котором управление содержит этап, на котором вводят управление относитель-7 022887 ной фазой по меньшей мере между двумя из преобразователей в первом множестве преобразователей и втором множестве преобразователей. 8. Способ по п.6, в котором управление содержит этап, на котором используют один или более приводов, чтобы изменять наклон первого множества преобразователей и второго множества преобразователей или одного и другого. 9. Способ по п.1, дополнительно содержащий этап, на котором управляют азимутом и наклоном коллимированного третьего акустического пучка относительно скважины. 10. Способ по п.7, в котором анализ дополнительно содержит этап, на котором обрабатывают с помощью процессора принимаемый результирующий сигнал, чтобы формировать изображение формации горных пород. 11. Способ по п.8, в котором анализ дополнительно содержит этап, на котором обрабатывают с помощью процессора принимаемый результирующий сигнал, чтобы формировать изображение формации горных пород. 12. Способ по п.9, в котором анализ дополнительно содержит этап, на котором обрабатывают с помощью процессора принимаемый сигнал, чтобы формировать изображение формации горных пород. 13. Способ по п.1, дополнительно содержащий этап, на котором кодируют коллимированный третий акустический пучок с помощью изменяющегося во времени кода посредством введения изменяющегося во времени компонента, включающего в себя одно или более из использования внутриимпульсной частотной модуляции или качания частоты, в один из первого и второго акустических сигналов, при этом анализ содержит этап, на котором используют кодирование, чтобы измерять время пролета принимаемого результирующего сигнала. 14. Способ по п.13, в котором изменяющиеся во времени компоненты содержат изменение в амплитуде, частоте и/или фазе. 15. Способ по п.4, дополнительно содержащий этап, на котором используют обратную связь от одного или более приемных устройств, чтобы ориентировать комбинированные первый и второй акустические сигналы, чтобы максимизировать интенсивность принимаемого результирующего сигнала. 16. Способ по п.3, дополнительно содержащий этап, на котором используют обратную связь от одного или более приемных устройств, чтобы ориентировать комбинированные первый и второй акустические сигналы, чтобы максимизировать интенсивность принимаемого результирующего сигнала. 17. Способ по п.3, дополнительно содержащий этап, на котором формируют измерение нелинейных свойств формации горных пород рядом со скважиной в соответствии с (Х 1)/(Х 2), которое равно произведениюизмеренный сигнал (X1, Yi/(измеренный сигнал (Х 2, Yi и весового коэффициента для Yi,для всех i, где Х 1 - это первое местоположение формирования в первой скважине, Х 2 - это второе местоположение формирования в первой скважине и Yi - это i-е местоположение приема во второй скважине,чтобы определять относительные интенсивности нелинейных формаций пород вокруг первой скважины. 18. Способ по п.1, в котором коллимированный третий акустический пучек имеет четкую направленность как по азимуту, так и по направлению наклона. 19. Способ по п.1, в котором анализ дополнительно содержит этап, на котором обрабатывают принимаемый результирующий сигнал, чтобы формировать изображение формации горных пород. 20. Система для получения информации о нелинейных свойствах горных пород, через которые проходит скважина, при этом система содержит первое множество преобразователей, выполненных с возможностью формировать первый сигнал акустического пучка на первой частоте и второе множество преобразователей, выполненное с возможностью формировать второй сигнал акустического пучка на второй частоте, отличной от первой частоты,причем первое множество преобразователей и второе множество преобразователей, расположенных в скважине и объединенных в матрицу таким образом, что первый сигнал акустического пучка и второй сигнал акустического пучка являются, по существу, коллинеарными, причем первый сигнал акустического пучка и второй сигнал акустического пучка обеспечивают возможность коллинеарного смешивания в объеме горных пород вне скважины для формирования третьего коллимированного акустического пучка в формации горных пород, проходящего в том же самом направлении, что и направление первого и второго акустических пучков за пределами объема смешивания с частотой, по существу, равной разности между первой частотой и второй частотой; одно или более приемных устройств, расположенных в той же скважине, где расположены первое и второе множество преобразователей, причем одно или более приемных устройств выполнены с возможностью обнаруживать через горные породы принятый результирующий сигнал, который является результатом взаимодействия коллимированного третьего акустического пучка с неоднородностями в формации горных пород в качестве коллимированного третьего акустического пучка, который проходит через формацию горных пород; и процессор, запрограммированный с помощью машиноисполняемых инструкций для анализа характеристики результирующего сигнала, включающей в себя время пролета и/или амплитуду принятого сигнала, чтобы определить информацию о формации горных пород. 21. Система по п.20, в которой процессор дополнительно программируется с помощью машиноисполняемых инструкций для формирования изображения горных пород. 22. Система по п.20, в которой один или более преобразователей сконфигурированы в матрицу. 23. Система для определения информации о нелинейных свойствах горных пород, через которые проходит первая скважина, при этом система содержит первое множество преобразователей, выполненных с возможностью формировать первый сигнал акустического пучка на первой частоте и второе множество преобразователей, выполненных с возможностью формировать второй сигнал акустического пучка на второй частоте, отличной от первой частоты,причем первое множество преобразователей и второе множество преобразователей объединены в матрицу таким образом, что первый сигнал акустического пучка и второй сигнал акустического пучка являются, по существу, коллинеарными, причем первый сигнал акустического пучка и второй сигнал акустического пучка обеспечивают возможность коллинеарного смешивания в объеме горных пород вне первой скважины для формирования третьего коллимированного акустического пучка в формации горных пород, проходящего в том же самом направлении, что и направление первого и второго акустических пучков за пределы объема смешивания с частотой, по существу, равной разности между первой частотой и второй частотой; одно или более приемных устройств, размещенных во второй скважине и выполненных с возможностью обнаруживать через горные породы результирующий сигнал, который является результатом взаимодействия коллимированного третьего акустического пучка с неоднородностями в формации горных пород в качестве коллимированного третьего акустического пучка, который проходит через формацию горных пород; и процессор, программируемый с помощью машиноисполняемых инструкций для анализа характеристики принимаемого сигнала, включающей в себя время пролета и/или амплитуду принятого сигнала,чтобы определять информацию о горных породах между первой и второй скважинами. 24. Система по п.23, в которой процессор дополнительно программируется с помощью машиноисполняемых инструкций для формирования изображения горных пород между первой и второй скважинами. 25. Система по п.23, в которой один или более преобразователей сконфигурированы в матрицу. 26. Система по п.23, дополнительно содержащая другое одно или более приемных устройств, размещенных в первой скважине, причем другое одно или более приемных устройств выполнено с возможностью обнаруживать через горные породы результирующий сигнал, который является результатом взаимодействия коллимированного третьего акустического пучка с неоднородностями в формации горных пород в качестве коллимированного третьего акустического пучка, который проходит через формацию горных пород. 27. Система по п.20, в которой результирующий сигнал принимается одним или более приемным устройством посредством передачи, отражения или обратного рассеивания. 28. Система по п.20, в которой первое множество преобразователей и второе множество преобразователей выполнены с возможностью азимутального вращения вокруг продольной оси скважины так, что азимут коллимированного третьего акустического пучка вращается азимутально, когда первое множество преобразователей и второе множество преобразователей вращаются. 29. Система по п.20, дополнительно содержащая контроллер, сконфигурированный для управления одним или более приводов, чтобы изменять наклон первого множества преобразователей и второго множества преобразователей так, чтобы изменять наклон коллимированного третьего акустического пучка. 30. Система по п.20, дополнительно содержащая кодер, выполненный с возможностью кодирования с помощью изменяющегося во времени кода посредством введения изменяющегося во времени компонента, включающего в себя одно или более из использования внутриимпульсной частотной модуляции или качания частоты, в один из первого и второго сигналов акустических пучков. 31. Система по п.30, в которой изменяющиеся во времени компоненты содержат изменение в амплитуде, частоте и/или фазе. 32. Система по п.29, в которой контроллер выполнен с возможностью использования обратной связи на основе одного или более свойств результирующего сигнала, принятого одним или более приемным устройством для ориентирования первого и второго сигнала акустического пучка для максимизации от одного или более приемных устройств, чтобы ориентировать комбинированные первый и второй акустические сигналы, чтобы максимизировать интенсивность принимаемого результирующего сигнала. 33. Система по п.20, в которой первое множество преобразователей и второе множество преобразователей выполнены с возможностью доставки энергии продольных и поперечных волн к формации, окружающей скважину. 34. Система по п.25, в которой первое множество преобразователей и второе множество преобразователей выполнены так, что азимут коллимированного третьего акустического пучка вращается вокруг продольной оси скважины. 35. Система по п.23, дополнительно содержащая контроллер, выполненный с возможностью управления наклоном акустической энергии, переданной первым множеством преобразователей и вторым множеством преобразователей. 36. Система по п.23, дополнительно содержащая кодер, выполненный с возможностью кодирования с помощью изменяющегося во времени кода посредством введения изменяющегося во времени компонента, включающего в себя одно или более из использования внутриимпульсной частотной модуляции или качания частоты, в один из первого и второго сигналов акустических пучков. 37. Система по п.36, в которой изменяющиеся во времени компоненты содержат изменение в амплитуде, частоте и/или фазе. 38. Система по п.23, дополнительно содержащая контроллер, выполненный с возможностью использования обратной связи на основе одного или более свойств результирующего сигнала, принятого одним или более приемным устройством для ориентирования первого и второго сигналов акустического пучка для максимизации интенсивности принимаемого результирующего сигнала.