Акустический каротаж(ак). Физические основы, принципиальное устройство скважинных приборов. Решаемые геологические и технические задачи.

Акустический каротаж основан на возбуждении в жидкости, заполняющей скважину, импульса упругих колебаний и регистрации волн, прошедших через горные породы, на заданном расстоянии от излучателя в одной или нескольких точках на оси скважины. Возбуждение и регистрация упругих волн при АК осуществляется с помощью электроакустических преобразователей.

При воздействии на элементарный объем породы с помощью ультразвуковой волны (10-75 кГц) происходит деформация частиц породы и их перемещение. Во всех направлениях от точки приложения возбуждающей силы изменяется первоначальное состояние среды.

Процесс последовательного распространения деформации называется упругой волной. Различают продольные и поперечныеволны. Продольные волны связаны с деформациями объема твердой или жидкой среды, а поперечные с деформациями только твердой среды.

Продольные волны распространяются в 1,5 -10 раз быстрее поперечных.

Рис. 3.

Для измерения параметров распространения упругих колебаний используется акустический зонд. В качестве основного используется трехэлементный зонд, состоящий из двух излучателей и приемника (рис.3). Каждый из излучателей и приемник образуют двухэлементный зонд. 

Акустический каротаж выполняется как в необсаженных скважинах, заполненных жидкостью, так и в обсаженных скважинах. Радиус исследования пород от оси скважины не превышает 0,5 - 1 м.

Рис. 4. Схема аппаратуры акустического каротажа:

а - скважинный снаряд; б - кабель; в - наземная аппаратура; 1 - излучатель; 2 - генератор акустических колебаний; 3 - акустический изолятор; 4 - приемники; 5 - электронный усилитель; 6 - блок-баланс; 7 - усилитель; 8 - регистратор; 9 - блок питания

 

Наиболее простой способ акустических исследований - каротаж скорости, когда автоматически регистрируется кривая изменения времени пробега прямой или головной волны между двумя приемниками. При каротаже по затуханию измеряется амплитуда упругой волны и ослабление сигнала между двумя приемниками.

Скорость распространения упругих волн зависит от упругих модулей пород, их литологического состава, плотности и пористости, а величина затухания - от характера заполнителя пор, текстуры и структуры породы.

На акустических диаграммах высокими значениями скоростей распространения упругих волн выделяются плотные породы - магматические, метаморфические, скальные, осадочные. В рыхлых песках и песчаниках скорость тем ниже, чем больше пористость. Наибольшее затухание (наименьшая амплитуда сигнала) наблюдается в породах, заполненных газом, меньше затухание в породах нефтенасыщенных, еще меньше - у водонасыщенных.

Акустический метод применяется для расчленения разрезов скважин по плотности, пористости, коллекторным свойствам, а также для выявления границ газ - нефть, нефть - вода и определения состава насыщающего породы флюида. Кроме того, по данным этого метода можно судить о техническом состоянии скважин и, в частности, о качестве цементации обсадных колонн.

ГАЗОВЫЙ КАРОТАЖ (а. gas logging, mud logging; н. Gaskernen; ф. carottage а gaz, detection des hydrocarbures gazeux; и. perfilaje de inyeccion) — метод исследования скважин, основанный на определении содержания и состава углеводородных газов и битумов в промывочной жидкости. Впервые предложен советскими учёными В. А. Соколовым и М. В. Абрамовичем в 1933 и опробован Соколовым и М. Н. Бальзамовым в районе г. Грозный в 1934. Промышленное применение в CCCP и за рубежом газовый каротаж получил с начала 40-х гг.

Газовый каротаж применяется для оперативного выделения перспективных на нефть и газ участков в разрезе скважины и прогнозной оценки характера их насыщения; интервалов притока пластового флюида в скважину или поглощения фильтрата промывочной жидкости в пласт с целью предотвращения аварийных ситуаций; измерения параметров режима бурения. Значительно реже газовый каротаж используется при бурении разведочных скважин на уголь, где используется в основном для определения содержания метана в единице горючей массы. При газовом каротаже изучаются суммарный объем и состав углеводородных газов, попадающих в промывочную жидкость в процессе бурения пластов и перемещаемых потоком от забоя к устью скважины. На устье скважины промывочная жидкость дегазируется с извлечением из неё газовоздушной смеси. Затем эта смесь анализируется, в результате чего определяют суммарное объёмное содержание углеводородных газов и состав по содержанию компонентов углеводородных газов. Одновременно измеряются параметры, характеризующие режим бурения, — продолжительность бурения 1 м скважины, расход промывочной жидкости на устье, коэффициент разбавления раствора. Все параметры регистрируются в цифровой или аналоговой форме с учётом углубления забоя за время перемещения жидкости от забоя к устью скважины.

Газовый каротаж проводится с помощью автоматических газокаротажных станций, включающих датчики на устье скважины (дегазатор, датчик глубин, датчик объёмов промывочной жидкости), и комплекса аналитической (суммарный газоанализатор, хроматограф), измерительной и регистрирующей аппаратуры, блока питания и вспомогательного оборудования, смонтированных в автомобиле.

Перспектива развития газового каротажа связана с переходом к комплексным исследованиям за счёт создания автоматизированных геолого-геохимических информационных систем с бортовой мини-ЭВМ, позволяющей изучать геологический разрез, оптимизировать процесс бурения, прогнозировать нефтегазоносные пласты и зоны аномально высоких пластовых давлений до их вскрытия скважиной и др.