Акустичний каротаж за швидкістю
АК за швидкістю – акустичний каротаж, заснований на вивченні швидкості розповсюдження пружних хвиль в породах шляхом вимірювання інтервалу часу. На рис.19.2, б дано схематичне зображення зламаного променя, по якому коливання від випромінювача через породу приходять до приймачів (шлях хвилі).
Кути: α – падіння ( кут між променем падаючої хвилі і перпендикуляром до межі розділу), α’ – віддзеркалення; β– заломлення (кут променя хвилі, що проходить, з перпендикуляром до межі розділу); υ1 і υ2 – швидкості розповсюдження хвиль в середовищах І і ІІ; фронт хвиль в послідовні моменти часу t1 і
При цьому час пробігу хвилі визначається по різниці часів вступу до приймачів П2 і П1, відповідно t2 і t1. Частина шляху від випромінювача до приймача подовжня хвиля проходить по промивальній рідині і глинистій кірці. Ці відрізки шляху однакові для кожного приймача, що при відніманні часів вступу забезпечує виключення впливу свердловини при вимірюваннях трьохелементним зондом.ичного каротажу за швидкістю не роблять вплив основні властивості промивальної рідини (мінералізація, щільність і ін.), що є одним з важливих переваг методу.
Pиc.19.2. Схема проходження хвилі через кордон двох середовищ (а) і розповсюдження пружних хвиль від розташованого у свердловині іпульсного сферичного випромінювача (б).
Таким чином, різниця шляхів, пройдених хвилею від випромінювача до першого і другого приймачів в трьохелементному зонді, дорівнює базі зонда S. З цього виходить, що швидкість розповсюдження пружної хвилі в однорідному пласті, (у м/с):
Vп = S / (t2 - t1) (19.1)
Відповідно інтервальний час — час розповсюдження (у мкс/м) пружної хвилі в середовищі на відстань I м
∆t = 1 / Vп = (t2 - t1) / S (19.2)
При АК залежність швидкості розповсюдження пружних хвиль (або інтервального часу ∆t ) від пористості породи представляє найбільший інтерес.
Для більшості осадкових гірських порід швидкості розповсюдження в них пружних хвиль відрізняються від швидкостей, що обчислюються по (19.I) і (19.2). Експериментальними дослідженнями встановлено, що в однорідній породі з міжзерновою пористістю при достатньо високому ефективному тиску залежність між інтервальним часом пробігу хвиль і пористістю порід може мати лінійну залежність, що отримала назву рівняння середнього часу.
∆t = kn ∆tж + ( 1 - kn )∆tм (19.3)
де ∆tж і ∆tм – час розповсюдження хвилі відповідно в поровой рідині і мінеральному скелеті породи.
Вираз (19.3) справедливий для однорідних неглинистих порід, що володіють міжзерновою пористістю.
Акустичний каротаж по затуханню
Цей вид АК заснований на вивченні характеристик згасання пружних хвиль. Пружні коливання ультразвукової частоти (десятки кілогерц) при проходженні через гірську породу помітно ослабляються (затухають). Поглинання пружних коливань породою відбувається унаслідок необоротних процесів перетворення енергії коливань в теплову енергію, що приводить до зменшення амплітуди сигналів, що приймаються.
Загасання обумовлене в основному наступними причинами: поглинанням унаслідок неідеально пружного середовища; розповсюдженням енергії у все більший об'єм середовища в результаті розширення фронту хвилі при її русі; розсіянням і дифракцією хвиль на неоднородностях середовища і унаслідок багатократних віддзеркалень і заломлень на межах середовищ з різними швидкостями розповсюдження коливань. Цим пояснюється сильний вплив на загасання пружних коливань глинистості, тріщуноватості, кавернозності порід і характеру їх насичення.
Коефіцієнт поглинання пружних хвиль характеризує інтенсивність поглинання енергії хвиль в середовищі. Розмірність άАК виражають в децибелах на 1 м або м -1, відносячи величину ослаблення до одиниці довжини:
άАК[дБ/м]=8,68 άАК[ м -1].
Амплітуда коливань подовжньої хвилі, що сприймається приймачем, вимірюється в умовних одиницях, наприклад в мілівольтах. В деяких випадках користуються відносною амплітудою коливань – відношенням амплітуди А реєстрованої хвилі до найбільшого значення амплітуди проти опорного пласта АОП. За опорний пласт приймають могутній пласт щільних порід з найбільшою амплітудою АОП. Ослаблення і загасання пружних коливань особливо сильно виявляється при ультразвуковій частоті 15 – 35 кГц, що використовується в акустичному каротажі. Коефіцієнт поглинання в інтервалі ультразвукових частот для різних порід змінюється в широких межах (від 0,05 до 2,5 м -1). Особливо помітне зниження енергії пружних коливань спостерігається з видаленням від випромінювача.
Поглинаючі властивості порід пов'язані з літологією ще тісніше, ніж швидкість розповсюдження пружних хвиль. Інтенсивність поглинання породою пружних коливань залежить також від складу флюїда, що заповнює поровий простір, що приводить до наступних співвідношень коефіцієнтів поглинання для водо-, нафто- і газонасичених пластів.
Найбільше затухання зазнають пружні хвилі в тріщинуватих і кавернозних породах. У зв'язку з цим акустичний каротаж по загасанню вельми ефективний при вивченні розрізу свердловин, що розкривають карбонатні породи.
Основна перешкода при застосуванні акустичного каротажу по затуханню – наявність акустичного опору на межах свердловинний прилад – навколишнє середовище і промивальна рідина – порода. Цей опір характеризується сильною мінливістю і робить значний вплив на вимірювання, який не піддається обліку.
Для прийому подовжньої головної хвилі в однакових умовах по всьому розрізу глибинний прилад акустичного каротажу необхідно строго центрувати в свердловині або притискувати до її стінки. При цьому слід враховувати, що ділянки пластів, прилеглі до стінки свердловини і включаючі інтервали дроблення і підвищеної тріщинуватості, на діаграмах АК відзначається аномально низькою інтервальною швидкістю (високим інтервальним часом) і високим загасанням коливань. Таку ж характеристику мають і нафтогазоносні пласти.
Результати зіставлення акустичних розрізів сусідніх свердловин в комплексі з іншими геофізичними матеріалами дають додаткові відомості для однозначного вирішення питання про природу колекторів і характер їх насичення. Одне з основних завдань акустичного каротажу – вивчення зв'язку між літологічними і акустичними властивостями порід для уточнення їх колекторних властивостей і характеру насичення.
Форма кривої при акустичному каротажі і визначення меж.
При акустичному каротажі вимірюється швидкість розповсюдження пружних хвиль в породі на інтервалі бази зонда. Породи, що залягають за межами бази, не впливають на вимірювані величини.
Розглянемо форму кривих АК. для одиночних пластів різної потужності, що знаходяться в однорідному вміщаючому середовищі. Криві отримані для трьохелементного зонда, точка запису віднесена до середини його бази S. Як істотні значення на кривих акустичного каротажу приймають точки біля основи аномалії максимуму або мінімуму і точки прогинання. В цілому при акустичному каротажі пласт, що залягає в однорідному середовищі, наголошується на кривих симетричним максимумом або мінімумом.
Могутній пласт (потужність пласта h більше бази трьохелементного зонда S) характеризується симетричною аномалією. Ширина аномалії між точками відхилення кривої рівна сумі потужності пласта і бази зонда (h + S). Перехідні зони від вміщаючого середовища до пласта мають протяжність кривої, рівну базі зонда S, з точками перегину, розташованими біля кордону пласта. Відстань між крапками перегину (серединами похилих ліній) відповідає потужності пласта. Вертикальна ділянка кривої проти пласта характеризує дійсний час пробігу хвилі. Для пласта із зниженою швидкістю розповсюдження коливань аномалія часу ∆t буде позитивною (рис.19.3, а).
Тонкий пласт (потужність пласта рівна або менше бази зонда) в однорідній товщі характеризується симетричною аномалією. Якщо потужність пласта h = S, значення ∆t в максимумі (мінімумі) кривої дає уявлення про дійсну швидкість пласта. Пачка прослойок, в яких швидкості розповсюдження коливань різні, визначається середнім значенням швидкостей в цих прослойках.
Для тонких пластів, потужність яких менше довжини зонда (h<S), зміряна швидкість розповсюдження хвиль менше їх швидкості в пласті. В цьому випадку
∆t = h ∆tn / S+ ( 1 – h / S)∆tвм (19.4)
Ширина аномалії між точками відхилення кривої рівна відстань між точками на рівні середин похилих кривих рівна базі зонда (рис.19.3, б).
Рис.19.3. Криві інтервального часу для пластів: а – могутнього; б – тонкого; 1 – вапняк; 2 – глина; 3 – вісь свердловини. Швидкість м/с в породах.