Акустический каротаж по скорости и затуханию

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 16 из 55Следующая ⇒

Как показано выше, акустический каротаж по скорости основан на изучении скорости распространения упругих волн в горных породах, вскрываемых скважинами путем измерения интервального времени:

                                   Δ t = (t ₂ – t ₁) / S [мкс/м],                        (3.14)

где (t ₂ – t ₁) разность времен вступления на втором и первом приемнике.

Время пробега Δ t упругой волны на единицу длины и ее скорость  определяются по разности времен вступления на втором и первом приемниках (t ₂ – t ₁).

Скорость распространения упругой волны в пласте – v, определяемая при акустическом каротаже, называется пластовой или интервальной и зависит от литологии (упругих свойств) минерального скелета пород, степени их цементации, пористости и характера насыщающей жидкости, а также от разности горного и пластового давлений. Максимальные значения v характерны для ангидритов (6000 м/сек), кристаллических пород (4500–6300 м/сек) и каменной соли (4500–5500 м/сек); минимальные – для воздуха      (330 м/сек) и углеводородных газов (метан – 430 м/сек). Низкими скоростями распространения упругих волн характеризуются также нефть (1400 м/сек), вода и буровой раствор (1670–1760 м/сек).

Скорость распространения упругих волн (табл. 3.3) и поглощающие свойства горных пород зависят от их пористости, влажности, глубины залегания (горного давления), возраста (уплотнения, степени разрушения), степени цементации других факторов.

Таблица 3.3

Основные параметры упругих волн,

распространяющихся в разных средах

Связь скорости распространения волны с пористостью породы в акустическом каротаже описывается уравнением

                                     ,                           (3.15)

или через интервальное время

                                        ,                              (3.16)

где  – коэффициент пористости; , ,  – интервальное время пробега продольной волны между двумя одноименными элементами акустического зонда в породе, насыщающей жидкости и скелета матрицы. При существенном влиянии глинистости учитываются , AtTn  и .

На рисунке 3.22 показана зависимость интервального времени от пористости.

Рис. 3.22. Зависимость пористости от интервального времени

для песчаников (1) и известняков (2)

Горные породы на глубине находятся под воздействием всестороннего давления и высоких температур, влияние которых возрастает с глубиной в сложной нелинейной зависимости. Под действием сил гравитации породы уплотняются в вертикальном направлении (полное горное давление ), что вызывает возникновение бокового горного давления , которое меньше вертикального (полного) горного давления:

                                 ,                      (3.17)

где  – коэффициент бокового распора; Н – глубина залегания породы.

Для определения горизонтальной составляющей горного давления  необходимо знать величину коэффициента бокового распора , которая зависит в основном от структурно-механических свойств горных пород, особенностей их залегания и сил, действующих в массиве. Для упругих твердых тел в области упругих деформаций этот коэффициент колеблется в пределах 0,25–0,35, но в высокопластичных породах его величина растет и может достичь единицы.

Коэффициент бокового распора для упругих твердых тел устанавливается из выражения

                                            .                                  (3.18)

Возможность определения коэффициента Пуассона по соотношению скоростей поперечных и продольных упругих волн с помощью формулы

                                (3.19)

непосредственно в скважинных условиях расширяет область применения АК.

Механизм распространения упругих колебаний в насыщенных пористых средах в общем случае определяется многими факторами. Кинематические и динамические параметры зависят от упругих и коллекторских свойств, акустической жесткости скелета пород, насыщающих их флюидов и частоты упругих колебаний в среде.

Сведения об упруго-механических свойствах горных пород необходимы при определении режимов испытания скважины для принятия мер по сохранению ствола скважины, исключающих раскрытие естественных и образование новых трещин, образование каверн, желобов, обрушение пород со стенок скважины, вытекание пластичных глин, сужение ствола и другие, не предусмотренные технологией бурения осложнения.

Интервальное время при нормальных пластовых условиях для чистых плотных глин, которые часто являются покрышкой нефтяных и газовых залежей, зависит главным образом от глубины залегания пласта и в какой-то степени характеризует их поровое давление. Аномальное увеличение или уменьшение (отклонение от нормального градиента давления с глубиной) дифференциального давления ослабляет или повышает упругость между зернами, в связи с чем изменяется установленная для глин величина интервального времени. На этой основе разработана методика прогнозирования зон с аномально высокими или с аномально низкими пластовыми давлениями в процессе бурения скважины. Для решения этой задачи, кроме акустического каротажа, проводят электрический и плотностной каротаж.

Скорость волн зависит не только от минерального состава пород и их насыщения, но и от литологических особенностей пород, их глинистости, степени сцементированности и других факторов. Так, скорость распространения волн в породе уменьшается, а интервальное время увеличивается с ростом коэффициента пористости . (Во многих случаях зависимость Δ t от  близка к прямолинейной).

Акустический каротаж по затуханию основан на изучении характеристик затухания упругих волн в породах, вскрываемых скважинами. Энергия упругой волны и амплитуда колебаний, наблюдаемых в той или иной точке, зависят от многих факторов. Основными из них являются: мощность излучателя, расстояние от него до данной точки и характер горных пород. В однородной среде при распространении волны со сферическим фронтом количество энергии, приходящейся на единицу объема, уменьшается пропорционально квадрату расстояния от рассматриваемой точки до излучателя; амплитуда колебаний уменьшается обратно пропорционально этому расстоянию.

Амплитуда упругих колебаний А характеризует энергию волны. По мере удаления от источника поля амплитуда продольных  и поперечных  волн затухает вследствие поглощения энергии окружающей средой. При удалении от излучателя энергия волн и амплитуда колебаний уменьшаются вследствие: расхождения энергии во все больший объем неидеально упругой среды (в результате расширения фронта волны при ее движении); рассеивания и дифракции волн на неоднородностях среды; отражения и преломления на границах сред с различными скоростями распространения колебаний. Коэффициент затухания упругих колебаний – α увеличивается с ростом коэффициента пористости горных пород, их глинистости и трещиноватости, а также газоносности пород, увеличиваясь с повышением этих параметров.

Коэффициент поглощения энергии (параметр затухания) а на участке горной породы между элементами измерительной установки определяется выражением

                                           ,                                (3.20)

где l – база зонда (расстояние между сближенными элементами); ,  – амплитуды колебаний, принятых первым и вторым приемниками; а выражается в 1/м.

Параметр затухания зависит от пористости, характера насыщения и структуры скелета пород. Повышенные значения а наблюдаются в глинистых и плотных трещинно-кавернозных породах, к которым наиболее чувствителен параметр . Эта связь положена в основу методики выделения в разрезе скважин зон с развитой трещинностью, которые могут оказаться коллекторами нефти и газа.

Амплитуды  и  акустических колебаний, воспри-нимаемые приемниками, измеряются в милливольтах, а                     α = (1/ S) ln – в децибелах. (В некоторых случаях пользуются относительной амплитудой колебаний – отношением амплитуды А регистрируемой волны к наибольшему значению амплитуды против опорного пласта , т.е. . При этом за опорный пласт принимается мощный пласт плотных пород с наибольшей амплитудой ).

Ослабление и затухание упругих колебаний особенно сильно проявляется при ультразвуковой частоте 15–35 кГц, используемой в акустическом каротаже.

Основной помехой при акустическом каротаже по затуханию является наличие акустического сопротивления при переходе упругой волны на границах: скважинный прибор – промывочная жидкость – порода. Это сопротивление характеризуется сильной изменчивостью и оказывает значительное влияние на результаты измерений. Так, пузырьки газа растворенного в буровом растворе, в сотни раз увеличивают затухание акустических волн и сигнал до приемника зачастую не доходит.

Кроме того, для получения достоверной информации глубинный прибор акустического каротажа необходимо строго центрировать в скважине с помощью специальных центрирующих приспособлений – центраторов по всему интервалу исследования. Исследованиями установлено, что эксцентриситет прибора не должен превышать 8 мм (при частоте излучаемых колебаний       25 кГц), а перекос прибора – всего 0,4 град.

(Для акустического прибора «CBL» фирмы «Schlumberger» эксцентриситет в 10 мм приводит к уменьшению регистрируемой амплитудыакустической волны на 50 %).

Познавательные статьи:



Техника нижней прямой подачи мяча

Комплекс физических упражнений для развития мышц плечевого пояса

Стандарт Порядок надевания противочумного костюма

Общеразвивающие упражнения без предметов