8.2. Ультразвуковой метод
Для изучения акустических свойств горных пород в необсаженных скважинах ультразвуковым методом в скважине возбуждают упругие колебания частотой 20-50 кГц и наблюдают процесс их распространения сквозь горные породы.
От излучателя к приемнику распространяются волны 3-х типов: головная продольная PоP1Pо, головная, поперечная PоS1Pо и прямая продольная Ро. Отраженная волна РоРо обычно не регистрируется вследствие больших углов падения (@ 90°) и малой энергии.
Если путь прохождения от излучателя до приемника одинаков для волн РоР1Рo и Р1S1Pо, то для прямой волны ро он равен только расстоянию между излучателем и приемником по прямой, т.е. несколько меньше, чем в первом случае, причем, эта разница зависит от диаметра скважины. Следовательно, только при достаточно большом расстоянии между излучателем и приемником волна PоP1Pо и PоS1Pо обгоняют волну Ро и продольная и поперечная волны достигают приемника последовательно, а прямая волна приходит последней. В противном случае волновая картина, зарегистрированная приемником, становится трудночитаемой.
База измерения выбирается в соответствии с требуемой точностью расчленения разреза по мощности пластов. Теоретические расчеты показывают, что чем меньше база, тем более тонкие прослои могут быть выделены по диаграммам ультразвукового метода, и при базе измерения меньше мощности пласта максимальное значение скорости Vp будет соответствовать ее истинному значению. Однако практическое уменьшение базы приводит к уменьшению точности измерений.
Глубина исследования различна при измерении кинематических и динамических характеристик упругих волн и определяется базой зонда, частотой волн в породах, а также скважинными условиями проведения измерений. С увеличением базы зонда и скорости волн глубинность метода возрастает; с увеличением частоты глубинность уменьшается. Практически глубинность ультразвукового метода при регистрации кинематических характеристик не превышает 30 см. радиус исследования по динамическим параметрам примерно в 2 раза выше, чем по кинематическим. Метод позволяет решать следующие задачи:
1) Литологического расчленение и корреляции разрезов скважин.
2) Стратиграфической привязки отложений.
3) Выделения пластов-коллекторов.
4) Оценки коэффициентов пористости пород и др.
Аппаратура акустического каротажа СПАК-4 (-6, -8)
Аппаратура СПАК-4 предназначена для непрерывного измерения и преобразования следующих кинематических и динамических параметров упругих колебаний в скважине, характеризующих физико-механические свойства горных пород:
- времен распространения упругих волн на фиксированной базе между приемником и излучателями (ближним t1 и дальним t2);
- интервального времени Dt=t1-t2;
- относительных амплитуд упругих колебаний продольной волны от ближнего (А1 и дальнего А2) излучателей;
коэффициента затухания
.
Принцип действия СПАК-4 заключается в следующем. Из синусоидального напряжения 50 Гц, поступающего из блока питания 1 по центральной жиле кабеля, в устройстве 8 формируются прямоугольные импульсы с частотой 25 Гц. После дифференцирования эти импульсы поступают на коммутатор 9, который делит частоту их следования на два. Коммутатор поочередно через 40 мс запускает генераторы токовых импульсов 10, и, каждый из которых нагружен на обмотку магнитострикционных излучателей 12,13. Излучатели возбуждают упругие волны, которые, дойдя по промывочной жидкости к породе, воздействуют на керамический приемник 7 и преобразуются им в электрические колебания - информационный сигнал.
После усилителя 6 этот сигнал вместе с синхроимпульсами, соответствующими моменту возбуждения излучателей 12 и 13, через фильтр 5 поступают в жилу кабеля, а затем на временной пульт 4 и амплитудный блок 2, где обрабатываются в виде аналоговых параметров t1, t2, Dt, A1, A2, lg(A1/A2) и записывается фоторегистратором 3.
Аппаратура СПАК-6 и СПАК-8 отличается от СПАК-4 метрологическими и эксплуатационными характеристиками за счет применения сменных излучателей для скважин различных диаметров, а также обеспечением калибровки временных каналов в полевых условиях.