3.1. Индивидуальное задание
На границе твердой среды с жидкостью (скважина - порода) возникает поверхностная незатухающая волна Стоунли (St). Она состоит из слабо неоднородной волны в жидкости, амплитуды которой медленно убывают при удалении от границы, и двух сильно неоднородных волн - продольной и поперечной - в твердом теле. В обеих средах волна распространяется с затуханием, обычным для объемных волн. Энергия волны локализована в основном в жидкости и убывает экспоненциально в направлениях от границы. В твердом теле волна распространяется в слое толщиной 0,5 λж/π (где λж - длина этой волны в жидкости), а в жидкости - в слое толщиной, значительно превосходящей λж. При стремлении Vs к Vж энергия и амплитуды волны уменьшаются. По этой причине они существенно меньше в терригенных отложениях по сравнению с высокоскоростными карбонатными, хемогенными и изверженными породами. Скорость волны Стоунли меньше скоростей распространения упругих волн в обеих средах, то есть VSt < VР' VS' VЖ • Часть волнового пакета, занимающая временной интервал от первого вступления поперечной головной волны Р1S2P1 дo последних колебаний волны Стоунли, наиболее изменчива. Типы волн, которые удается выделить в этом интервале, зависят от упругих свойств пород и скважинной жидкости, частот возбуждаемых колебаний и затуханий упругих волн в обеих средах. В классическом представлении за поперечной волной следуют малоамплитудные быстрозатухающие и наиболее высокочастотные колебания прямой волны Р1' распространяющейся в скважинной жидкости. Последующие колебания волны в жидкости прерываются наиболее интенсивными в большей части разрезов низкочастотными колебаниями волны Стоунли St. Видимая частота колебаний волны Стоунли, регистрируемых приборами АК, находится в пределах 2-7 кГц. Амплитуды волны в 3-6 раз больше амплитуд поперечной головной волны в высокоскоростных разрезах и примерно во столько же раз больше амплитуд продольной головной волны в низкоскоростных разрезах.
Акустические методы исследования скважин основаны на изучении полей упругих колебаний (упругих волн) в звуковом и ультразвуковом диапазонах частот. Акустические методы можно подразделить на пассивные и активные. Пассивными методами изучают колебания, создаваемые различными естественными (обычно технологическими) причинами. Сюда относятся, например, методы, находящиеся в стадии опробования: а) метод выделения газоотдающих интервалов в скважинах путем регистрации шумов, возникающих при поступлении газа или нефти в ствол скважины (шумометрия скважин); б) методы изучения шумов при бурении с целью определения характера проводимости пород по спектру колебания бурового инструмента; в) метод определения горизонтальной проекции текущего забоя на земную поверхность путем установления точки с максимумом мощности колебаний на поверхности земли. Основное применение получили активные методы (методы искусственных акустических полей), в которых изучают распространение волн от излучателя, расположенного в скважинном приборе. Ниже рассматриваются именно эти методы. Существуют две основные модификации метода: а) модификация, основанная на изучении времени прихода (скорости распространения) волн и называемая акустическим методом по скорости волн; б) модификация, основанная на изучении амплитуды колебаний и называемая акустическим методом по затуханию волн.
Акустические исследования проводят в скважинах, заполненных буровым раствором, который необходим для создания акустического контакта излучателей и приемников зонда с окружающей средой. Разгазирование бурового раствора способствует резкому повышению затухания волн и может вызвать искажение диаграммы, особенно для большего из зондов. Регистрация диаграмм интервального времени Δt и коэффициента (или отношения) А1/А2 наиболее распространенная форма представления данных акустического метода, предусмотренная во всех типах серийной аппаратуры. Точку записи диаграмм для двухэлементного зонда относят к середине между излучателем и приемником, а для трехэлементного зонда
к середине между одноименными элементами зонда. Против отдельных пластов кривые Δt и А1/ A2 по форме симметричны.
Перехо ды от показаний против вмещающих пород к показаниям против пласта представлены наклонными линиями. Выделяют пласты большой и малой толщины. Против пластов, мощность которых превышает размеры зонда (Н > S и L), отмечаются параллельные оси глубин участки - плато (рис. 5.5, а). При уменьшении Н до значений Н = S плато вырождаются в точку (рис. 5.5,6). При дальнейшем уменьшении мощности пластов показания против них уменьшаются, а против пластов вновь регистрируются площадки (рис. 5.5, в). Границам пласта во всех случаях соответствуют точки, расположенные на расстоянии 0,5S от начала наклонных участков в сторону пласта. В пластах мощностью больше базы зонда (S) эти точки совпадают с серединами наклонных участков. Если на границе двух пластов скорость распространения волны меняется постепенно, кривые времени имеют более плавные очертания. Против пачки пластов, для которых мощность каждого пласта меньше базы (длины) зонда, форма кривых становится очень сложной. В пределах пачки не удается выделить отдельные пласты и определить против них значение интервального времени.
Основными видами зондов акустического каротажа являются двухэлементный и трехэлементный. Первый состоит из одного излучателя и одного приемника. Второй зонд содержит один излучатель и два расположенных по одну сторону от него приемника или два сближенных излучателя и удаленный от них приемник. Характерной величиной для зонда акустического каротажа является база S. В двухэлементном зонде - это расстояние от излучателя до приемника, а в трехэлементном - расстояние между приемниками либо между излучателями. Свойства трехэлементного зонда определяются также его длиной L - расстоянием от средней точки между одноименными элементами до разноименного. Наиболее широкое распространение имеет аппаратура СПАК-4, в которой используется трехэлементный зонд с двумя излучателями и одним приемником:И2 О,5И11,5П. Эта аппаратура позволяет регистрировать кривые изменения с глубиной времен распространения t1 и t2 , интервального времени Δt = (t2 - t l ) / S1 амплитуды A1 , А2 и ослабления продольной волны на единицу длины L (в дб/м). В приборах АК обычно используются магнитострикционные излучатели и пьезокерамические приемники. Магнитострикционный излучатель представляет собой сердечник из специального сплава, на который намотана обмотка. Возникающее при прохождении тока магнитное поле вызывает изменение размеров сердечника, что приводит к деформации окружающей среды и образованию упругой волны. Пьезокерамический приемник изготавливается из керамики, обладающей пьезоэлектрическими свойствами, которая помещается между металлическими электродами. При деформации пьезоэлектрика на электродах появляется напряжение. Чтобы исключить возможность прохождения волн по корпусу прибора, между его элементами устанавливают резиновые изоляторы.
Результаты, полученные акустическим методом, используют при литологическом расчленении разреза, выделении коллекторов, оп-ределении их пористости и характера насыщения, контроля обвод¬нения залежей при их разработке и при решении некоторых других геологических и технических задач (см. также гл. VIII).
Литологическос расчленение разреза по данным AM основано на различии скоростей и частично коэффициентов затухания волн в различных породах .
Различия в акустических свойствах песчаников, известняков, доломитов и др. — достаточно надежный признак лишь при близких значениях их коэффициентов пористости /сп. Если const, необхо¬дима комплексная интерпретация данных AM и других методов ГИС .
При выделении гранулярных коллекторов по комплексу ГИС при-нимают во внимание значение пористости, полученное по данным акустического метода. Но повышенному значению коэффициентов затухания, по появлению волн, отраженных на трещинах и дающих оси синфазности, секущие ФКД под различными углами, выделяют трещинные коллекторы. (Подробнее об использовании акустическо¬го метода для решения этих задач, а также об определении коэффи¬циента пористости по значениям Дг см. в гл. VI.)
С помощью акустических каверномеров и профилемеров определяют изменение времени прихода отраженных волн по различным азимутам, а по значениям времени находят расстояние до стенок
скважины. Такие приборы особенно широко используют при исследовании подземных полостей значительного диаметра (до 40 м), сооруженных, например, для хранения нефтепродуктов.
Свойства акустических волн используются для определения плот-ности промывочной жидкости в скважине (АО НПФ «Геофизика» — 2002 г.). Измерение плотности бурового раствора акустическим плотномером основано на излучении пьезокерамическим преобразователем упругих волн в жидкость, заполняющую ствол скважины, и приеме ультразвуковых волн. Поглощение акустического сигнала определяется массовой толщиной слоя скважинкой жидкости.
Параметры акустического каротажа используются как для качественной, так и для количественной интерпритации.
Основные решаемые задачи:
- литологическое расчленение разреза и расчет упругих свойств пород;
- локализация трещиноватых пород, трещин гидроразрывов и интервалов напряженного состояния пород;
- определение коэффициентов межзерновой и вторичной (трещинной, каверновой) пористости коллекторов, характера их насыщения;
- выделение проницаемых интервалов в чистых и глинистых породах.
Измерения выполняются в необсаженных и обсаженных скаважинах.
|
Скачать 103.42 Kb.