Акустические методы исследования скважин
Основаны на изучении упругих свойств пород.
Упругой волной называется процесс распространения деформации. В зависимости от вида деформации возникают продольные (P)
и поперечные (S) волны.
В P-волне частицы движутся в направлении распространения волны х, создавая зоны сжатия и растяжения (рис. 1 а).
Рис. 1
В S-волне частицы движутся в направлении, перпендикулярном распространению волны х, и происходит чередование полос с противоположным направлением движения частиц. При этом происходит не изменение объема частиц, как в P -волне, а деформация формы. Причем S-волны распространяются только в твердых телах, а P-волна – в любых (рис. 1 б).
Наиболее распространены акустические методы с искусственными полями, которые реализуются возбуждением в промывочной жидкости акустического импульса упругих колебаний, и регистрацией волн, прошедших от излучателей И до одного, чаще двух, приемников П1 и П2, находящихся в скважинном зонде на расстояниях длин зондов L1 и L2. Между излучателем и приемником размещается акустический изолятор для подавления волн-помех (рис. 2 а)
Рис. 2
Зонды акустического метода обозначаются аналогично зондам КС, и также справедлив принцип взаимности: ИL1П1∆lП2 и ПL1И1∆lИ2 – эквивалентные зонды.
В скважине энергия излучаемого акустического импульса преобразуется в разные типы волн (рис.2 б).
Внеобсаженной скважине часть энергии гидроволны P0, возбуждаемой в ПЖ, распространяется по поверхности скважины и околоскваженному слою в породе в виде поверхностной волны Лэмба – L.
Другая часть энергии P0 преломляется на границе ПЖ–порода под критическими углами 
и распространяется по породе в виде обобщённых преломленных продольной волны P0PP0 и поперечной P0SP0.
Оставшееся часть энергии Po отражается от стенки скважины и поступает на приёмник в виде отражённой волны P0P0.
Акустические методы позволяют регистрировать:
I. Кинематические параметры:
1) времена прихода волны на приемники T1, T2;
2) интервальное время ∆T или скорость распространения упругой волны в породе Vп (P, S).
; 
- база зонда, обычно =1
II. Динамические параметры:
1) амплитуды волн, приходящих на приёмники, A1 и A2 (Р,S,L);
2) коэффициенты затухания волн (Р,S,L);
;
III. Звуковые образы:
1) волновые картины или графическую запись полного акустического сигнала во времени (рис.2 б);
2) фазокорреляционнные диаграммы (ФКД) – изображения полного сигнала в виде фазовых линий или совокупности точек, характеризующих момент перемены знака у амплитуды сигнала вдоль ствола скважины (рис.3)
Наибольшая скорость распространения у продольной преломленной волны P0, поэтому она приходит на приёмник первой, ее время Тр.
Рис. 3
Затем во временном интервале Ts ≥ (1.7 ÷ 2.2) Tp приходит поперечная волна. Амплитуда ее As>Ap, а частота fs< fp. Волна L приходит последней во времени TL=1/V0.
V0 - скорость распространения волны в ПЖ. Амплитуда ее AL = Аmax, а частота fL = fmin ≈ 3 - 5 кГц.
Модификации акустических методов:
1) Стандартный акустический метод (АМ) или узкополосный (УМ)
c f0 = 10 ÷ 75 кГц
2) АНШМ (АШМ) акустический низкочастотный широкополосный метод
с f0 = 5÷15 кГц
3) САТ (скважинное акустическое телевидение) с f0 = 1 ÷ 2 МГц
Стандартный или узкополосный метод АМ
Реализуется серийной аппаратурой СПАК-2М и СПАК-4, и позволяет регистрировать кинематические и динамические параметры только Р – волны в необсаженных скважинах.
Аппаратура СПАК - 4 имеет трёхэлементный зонд И20,5И11,5П. Излучатели возбуждают в ПЖ акустический импульс в виде пакета 3÷5 периодов ультразвуковых колебаний с f0 = 25 кГц и колоколообразной огибающей (рис.4 а).
Рис. 4
Длительность импульса tu значительна, поэтому ширина частотного спектра 
мала (рис.4 б), отсюда название узкополосный метод.
Глубина исследования АМ определяется длиной зонда, частотой упругих колебаний и скоростью распространения волн в скважине
Радиус исследования АМ мал, поэтому его применяют в открытом стволе для изучения геологического разреза, а в обсаженных скважинах – для определения качества цементирования колонны.
В обсаженной скважине волновая картина усложняется. Дополнительно возникает волна по колонне, которая приходит на приёмник первой для низко- и среднескоростных пород с VП < 5300 м/с. Её амплитуда Ак мала, когда качество цементирования колонны хорошее, и велика – когда плохое.
Серийные цементомеры АКЦ-1 и АКЦ-4 регистрируют время первого вступления волны TП и амплитуды волн по колонне и по породе Aк и AП.
В высокоскоростных породах с VП ≥ 5300 м/с (плотные карбонаты) наблюдается неоднозначность выделения волны по колонне, т.к. она накладывается на волну по породе.
Основные задачи, решаемые АМ:
4) Литологическое расчленение разреза по Vp или интервальному времени ∆T и коэффициенту её затухания αp;
5) Определение коэффициента открытой пористости для межзерновых пород
,
где
∆TП, ∆Tск, ∆Tж - интервальные времена в породе, в скелете, в жидкости, находящейся в порах. ∆Tск находят по таблице.
∆Tж определяют по номограмме Дахнова или задают ∆Tж = 650 мкс/м при пресной воде и ∆Tж = 600 мкс/м в солёной воде.
Таблица
| Порода | ∆Тск, мкс/м |
| Песчаник | |
| Известняк | |
| Доломит |
6) Акустическая цементометрия для низко- и среднескоростных пород
Недостаток АМ: малый радиус исследования.
Дата добавления: 2016-02-24; просмотров: 3688;