Акустический каротаж Акустический каротаж АК

Акустический каротаж

• Акустический каротаж (АК) основан на изучении полей упругих волн в скважинах, создаваемые излучателем и заключается в измерении скорости распространения и затухания упругих волн звуковой (3 -20 к. Гц) или ультразвуковой (20 к. Гц-2 МГц) частоты в горных породах.

Физические основы акустического метода • В акустическом каротаже различают(регистрируют) несколько типов волн: продольные Р связаны с деформациями объема твердой или жидкой среды, а поперечные S с деформациями только твердой среды. • В волне Р частицы среды движутся в направлении распространения волны. Так, плоская волна, распространяющаяся в направлении оси х, представляет собой чередование зон сжатия и растяжения, перпендикулярных к оси х. В этот момент происходит изменение объема; • В волне S частицы движутся в направлении, перпендикулярном к распространению волны, а в пространстве наблюдается чередование полос с противоположным направлением движения частиц. Это сопровождается изменением формы тела.

Продольная волна в различные моменты времени Поперечная волна

• Для АК обычно используются так называемые "трехэлементные" зонды, содержащие два излучателя и один приемник упругих волн или, наоборот, два приемника и один излучатель. Излучатели, как правило, магнитострикционного типа*; приемники – пьезоэлектрического**. • Упругие импульсы от источников, пройдя через буровой раствор, возбуждают колебания в стенках скважины. Упругие колебания, попадающие на стенку скважины под углом полного внутреннего отражения, возбуждают в ней скользящую преломленную волну, которая распространяется со скоростью, присущей данной горной породе, достигает приемника. При проведении акустического каротажа наибольший практический интерес представляют два параметра волн – скорость и амплитуда (затухание). • Затухание упругих волн зависит от состава горных пород, пористости и состава флюида в порах (в газе затухание - больше, чем в жидкости), а скорость их распространения - от состава и пористости. • • * электроакустический преобразователь (устройство, преобразующие эл-магн. энергию в энергию упругих волн в среде и обратно), действие которого основано на эффекте магнитострикции (изменение формы и размеров тела при его намагничивании) ** пьезоэлектрические элементы, преобразующие механическую энергию упругих волн в электрические импульсы.

Акустический каротаж по скорости S -расстояние между одноименными элементами трехэлементного зонда называют базой; t – время прохождения упругих колебаний между двумя приемниками V= (1/∆t) x 106 м/с Скорость распространения волн в породе уменьшается, а интервальное время увеличивается с ростом коэффициента пористости Кп. Кп =∆tп-∆ tск /∆tж-∆ tск п- порода ск – скелет породы ж –жидкое (флюид) ∆tж ≈560 -600 мкс/м; ∆ tск ≈140 -170 мкс/м (для карбонатных пород); ∆ tск ≈160 -180 мкс/м (терригенные)

Акустический каротаж по затуханию На величину затухания упругих колебаний сильное влияние оказывает неоднородность среды, что ведет к ослаблению колебаний и снижению амплитуды волны.

Коэффициент поглощения α • А 1 амплитуда упругой волны, зарегистрированное 1 приемником • А 2 амплитуда упругой волны, зарегистрированное 2 приемником • Ослабление упругих волн (α)увеличивается с ростом коэффициента пористости горных пород, с ростом их глинистости и особенно трещиноватости. • Скорости Р- и S-волн уменьшаются

Коэффициенты поглощения Р-волн (αp) и S-волн (αs) в газоносных (индекс «г» ), нефтеносных ( «н» ) и водоносных ( «в» ) пластах располагаются в ряд: • αрв<αрн<αрг, αsв>αsн>αsг. • Различный знак влияния нефте- и газонасыщения на затухание волн облегчает использование коэффициентов затухания αp и αs упругих волн и для разделения нефте-, газо- и водонасыщенных пород на фоне помех, обусловленных трещиноватостью пород, изменениями их пористости, которые вызывают изменение αs и αp одного знака. • Однако влияние характера насыщения на значения αs и αp велико (до 200 -400%) лишь в рыхлых отложениях. • В крепкосцементированных отложениях оно может снизиться до 10 -20% и даже ниже.

Аппаратура АК • Простейший двухэлементный зонд акустического метода содержит излучатель упругих колебаний И и приемник колебаний П. • Расстояние L между ними называется длиной зонда. • Для уменьшения влияния скважины и перекоса прибора в скважине применяют трех- и четырехэлементные зонды. • Расстояние s между одноименными элементами трехэлементного зонда называют базой. • Величина базы определяет вертикальную разрешающую способность акустического метода. • Зонды AM обозначают последовательностью букв И и П (излучатель и приемник), между которыми проставляют расстояния в метрах.

Простейший измерительный зонд АК (рис. 1) содержащий в своем составе излучатель (И) упругих волн звукового (2 -20 к. Гц) и ультразвукового(2 -60 к. Гц) диапазонов частот и расположенный от него на определенном расстоянии (1, 4 -3, 5 м) широкополосный приемник. Схема работы скважинного прибора акустического каротажа S(база)- расстояние между приемниками (1 и 2) Итак, данные АК применяются для решения следующих задач: В открытом стволе: • Литологическое расчленение разреза. • Определение коэффициента пористости коллекторов. • Определение кинематических свойств горных пород для корреляции данных сейсморазведки. В обсаженной скважине: • 1. Контроля качества цементажа эксплуатационных колонн. • 2. Контроля технического состояния труб эксплуатационной колонны.

Двухэлементный (а), трехэлементный (б) и четырехэлементный (в) зонды

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН КАЗАХСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени К. И. САТПАЕВА ИНСТИТУТ ДИСТАНЦИОННОГО ОБРАЗОВАНИЯ 14

15

рис. 1 Связь Кп по Δt для пород разной литологии: 1, 2 – доломиты, известняки; 3 -5 – песчаники (грубо-средне-мелко- зернистые)

Взаимосвязь пористости и акустической скорости

18

19