15. Акустический каротаж

Акустический каротаж (АК) основан на изучении полей упругих волн в скважинах и заключается в измерении скорости распространения упругих волн ультразвуковой (УЗ) частоты и их затухания.

Акустические методы можно подразделить:

• на методы естественных акустических полей;

• на методы искусственных акустических полей.

Методы естественных полей изучают:

колебания, создаваемые различными естественными (обычно технологическими) причинами. Основное применение получили методы искусственных акустических полей, в которых изучают распространение волн от излучателя, расположенного в скважинном приборе.

• Существуют две основные технологии метода:

• а) технология, основанная на изучении времени прихода (скорости распространения);

• б) технология, основанная на изучении затухания амплитуды колебаний.

Физические основы акустического метода:

• В однородной изотропной среде могут возникать и распространяться волны двух типов – продольные Р и поперечные S.

• 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.

• Важной величиной в АК является время пробега волной расстояния 1 м и называется интервальным временем Δt. Интервальное время обычно выражается в микросекундах на метр.

Скорость распространения волн в породе уменьшается, а интервальное время увеличивается с ростом коэффициента пористости кп. Во многих случаях зависимость t от кп близка в прямолинейной:

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.

Работу аппаратуры АК рассмотрим на примере зонда с двумя излучателями и одним приемником

Область применения метода АК - главным образом, месторождения нефти и газа, в последнее время метод начинает применяться и на рудных, и на угольных месторождениях.

Решаемые задачи: литологическое расчленение разрезов, определение пористости и характера насыщения пор, определение положения водонефтяного контакта (ВНК) и газо-жидкостных контактов (ГЖК), цементометрия скважин; на рудных месторождениях - изучение геолого-технических условий

16. Интерпретация диаграмм ак.

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, распространяясь со скоростью, присущей данной горной породе, достигает приемника.

Путь волны от источника Hi до приемника П составит И1O1ОП, а время пробега . Путь волны от источника И₂ –И₂О₂О₁П, время пробега - . Интервал времени между первыми вступлениями волны от первого и второго источников Δτ составит .

Как следует из рис. 16.10, расстояние О2О1 равно расстоянию между обоими источниками ЛЬ, называемому базой зонда. За точку записи принимают середину базы. Отсюда скорость распространения упругих волн: (16.3)

Обратное отношение называется интервальным временем. Амплитуды колебаний от обоих источников одинаковы, поэтому отношение амплитуд А1 и А2, зарегистрированных приемником, характеризует затухание упругих волн на участке ΔL. Коэффициент затухания

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.

Связь между пористостью К„ и скоростью распространения oписывается так называемым "уравнением среднего времени": (16.5)

где Vж- скорость упругих волн в жидкости, заполняющей поры породы; Vск- скорость упругих волн в минеральном скелете.

Уж и VCK определяют по результатам лабораторных измерений или берут из справочников; V— определяют по данным АК. Из этого уравнения можно найти пористость:

Кроме пористости и характера насыщения, по АК может быть определено положение контактов и мощность пластов, отличающихся по своим акустическим свойствам.

Для пластов большой мощности (h>ΔL) она определяется по правилу полумаксимума, для тонких - мощность, найденная по правилу полумаксимума, больше истинной на размер базы зонда. В обоих случаях при равенстве акустических свойств подстилающих и перекрывающих пород аномалии V симметричны относительно середины пласта, но в первом случае Vmax = Vm, а во втором Vmax < Vm (рис. 16.11, а и б).

Рис. 16.11. Кривые акустического каротажа над пластами большой и малой мощности, отличающимися повышенной скоростью распространения упругих волн