Лабораторная работа 1 по дисциплине Геофизические исследования скважин
 Скачать 2.45 Mb.
|
|
Цель. Ознакомление с акустическим каротажём. Теоретическая часть. В основе акустических методов лежит различие упругих свойств пород, слагающих разрезы скважин. Горные породы в естественном залегании при тех напряжениях, которые возникают при исследовании разрезов скважин ультразвуковым методом, являются практически упругими телами. Если на элементарный объем породы, условно принимаемый за точку, в течение некоторого времени действует какая-либо сила, то происходят деформация частиц породы и их перемещение. Это приводит к возникновению напряжений в слое, окружающем точку возбуждения, т. е. в этом слое возникают изменяющиеся во времени деформации. В результате во всех направлениях от точки приложения возбуждающей силы изменяется первоначальное состояние среды. После того как частица среды совершит колебания около своего первоначального положения, она успокоится. Процесс последовательного распространения деформации называется упругой волной. В однородной среде упругие волны распространяются в радиальном направлении от источника колебаний (точки возбуждения). Геометрическое место точек пространства, в которых упругие колебания среды совершаются синфазно (в одной фазе), называется фронтом волны. В неоднородной среде пути распространения упругих волн и их фронт имеют более сложную картину. Линия, вдоль которой происходит распространение волны, в каждой своей точке образующая прямой угол с фронтом волны в соответствующий момент времени, называется лучом. Есть два типа волн — продольные (Р) и поперечные (S). Продольная волна вызывается деформацией объема и ее распространение представляет собой перемещение зон растяжения и сжатия. Частицы среды при этом совершают колебания около своего первоначального положения в направлении, совпадающем с лучом волны. Поперечная волна связана с деформацией формы, и распространение ее заключается в скольжении одного слоя среды относительно другого. Частицы среды при этом колеблются около своего первоначального положения в направлении, перпендикулярном к направлению распространения волны. Поперечные волны могут возникать только в твердых телах.
Модуль продольного растяжения (модуль Юнга) Е равен отношению приложенного напряжения р к вызванному относительному удлинению образца Δl: E = p/Δl. Коэффициент поперечного сокращения (коэффициент Пуассона) σ является коэффициентом пропорциональности между относительным поперечным сокращением Δlс данного упругого тела и его относительным удлинением Δl: σ = Δlс/Δl. Упругие свойства горных пород, а значит и скорости распространения упругих волн в них обусловлены их минеральным составом, пористостью и формой порового пространства и, таким образом, тесно связаны с литологическими и астрофизическими свойствами. Для изучения акустических свойств горных - пород ультразвуковым методом необходимо в скважине возбудить упругие колебания частотой 10—75 кГц и наблюдать за ними после прохождения их через горные породы, слагающие разрез. Простейший скважинный прибор состоит из одного излучателя И и одного приемника П, разделенных между собой акустическим изолятором (рис. 12.1). Расстояние L между излучающим и приемным элементами называется базой измерения. Это расстояние является и длиной двухэлементного зонда. Чтобы получить представление о принципе скважинных измерений ультразвуковым методом, целесообразно рассмотреть распространение упругих волн в идеализированных скважинных условиях от сферического излучателя И. При этом предполагается, что излучатель и приемник ультразвуковых колебаний расположены на оси скважины с постоянным диаметром, пересекающей пласт неограниченной мощности и заполненной однородной промывочной жидкостью. В этом случае наблюдается следующая картина распространения упругих волн, испускаемых излучателем. В некоторый момент времени τ = 0 излучатель возбуждает в скважине импульс упругих колебаний. При возникновении упругих колебаний от излучателя по промывочной жидкости начинает распространяться только прямая продольная волна Р1, имеющая сферический фронт. Через некоторое время 1 волна Р1, достигнув стенки скважины, образует две проходящие волны: продольную Р12 и обменную поперечную P1S2. Кроме того, из-за разности волновых сопротивлений (произведение скорости распространения волны на плотность среды) породы и промывочной жидкости в последней возникает отраженная (продольная) волна Р11. Волна Р12 распространяется в породе со скоростью VР12, превышающей скорость распространения ее в промывочной жидкости VР1. Обменная поперечная волна P1S2 распространяется в породе с несколько меньшей (приблизительно в 1,73 раза) скоростью VP1S2, чем VР12, но обычно большей, чем в промывочной жидкости VР1. С некоторого момента времени 2, когда фронт волны Р1образует со стенкой скважины критический угол iP фронт проходящей продольной волны Р12 становится перпендикулярным к границе раздела скважина — пласт, и волна Р12начинает скользить со скоростью VР1 вдоль этой границы по принципу полного внутреннего отражения, т. е. луч проходящей волны направлен параллельно оси скважины. В этом случае волна P12 еще больше обгоняет прямую Р1 и отраженную Р11 волны. При дальнейшем своем движении волна Р12 вызывает в промывочной жидкости новую волну Р121, называемую головной, которая распространяется со скоростью VР12 и при достаточно большом расстоянии между излучателем и приемником первой достигает приемника. Фронт этой волны образует коническую поверхность с вершиной на оси скважины и основанием, равным окружности скважины. Следовательно, распространение колебаний от излучателя до приемника происходит по пути скважина — порода — скважина, который изображен ломаным лучом (рис. 12.1). Аналогично распространяется и обменная поперечная волна P1S2, вызывая в промывочной жидкости образование головной волны P1S2Р1, которая проходит в породе со скоростью VP1S2. Головная волна P1S2Р1 в промывочной жидкости распространяется как продольная, так как поперечные волны могут существовать только в твердых телах. Кроме двухэлементных зондов применяются многоэлементные зонды, содержащие один излучатель и два или более приемников упругих колебаний (или, наоборот, один приемник и несколько излучателей, работающих синхронно). Наибольшее распространение получили трехэлементные зонды с одним излучателем (приемником) и двумя приемниками (излучателями), расположенными на разных расстояниях от него. Для таких зондов (рис. 12.2) базой измерения (ΔL) является расстояние между приёмниками (излучателями). Аппаратура ультразвукового метода СПАК - 6 состоит из скважинного прибора 1 и наземного пультаII (рис. 12.3). При работе аппаратуры в блоке 12 уменьшается путем деления частота питающей сети 50 Гц до 12,5 Гц. Сформированные после деления в блоке 9 разнополярные импульсы через фильтр 10 и геофизический кабель 8 поступают в селектор скважинного прибора 7 и разделяются на два канала. В первом канале запускается генератор токовых импульсов 4 и возбуждается излучатель 1. Во втором канале со смещением по времени на 40 мс также запускается генератор токовых импульсов 5 и возбуждается излучатель 3. Упругие импульсы от излучателей, пройдя по породе, воспринимаются приемником 2 и после усилителя 6 поступают по кабелю 8 в фильтр блока управления 10. Сюда же поступают синхроимпульсы, снимаемые с излучателей 1 и 3. С фильтра 10 принятые сигналы поступают на усилитель 13 и далее на сигнальный вход панели 14. Синхроимпульсы поступают па селектор 11 и после разделения по двум сигналам подаются на вход синхронизации панели 14, которая обрабатывает сигналы и позволяет производить запись аналоговых кривых параметров сигналов с помощью серийных геофизических станций.
Задание 1. Геолого – техническая характеристика при записи диаграмм акустического каротажа
Задание 3.
|
