Распространение упругих волн в скважине
Рассмотрим распространение упругих волн в скважине от сферического излучателя И, расположенного на оси скважины против пласта неограниченной мощности (рис. 75,б). В момент t = 0 от излучателя поступает акустический импульс упругих колебаний (короткий волновой процесс, имеющий несколько колебаний и длительность от 10-6 до 10-3 с) и начинает распространяться падающая продольная волна PI, обладающая сферическим фронтом. В момент t1 фронт падающей волны достигает стенки скважины, что вызывает возникновение вторичных волн — отраженной Pl1, проходящих продольной Pl2 (со скоростью vP2) и поперечной P1S2 (со скоростью vs2), которая на рис. 75,6 не показана (vs2<vP2).
В точке А в момент t2 фронт падающей волны образует со стенкой скважины критический угол iP, фронт проходящей волны скользит вдоль стенки скважины и обгоняет падающую волну Pl и отраженную Pl1, так как vP2>vP1. Проходящая волна Pl2, скользя вдоль границы раздела, ведет к образованию новой головной волны P12l. Фронт этой волны имеет коническую поверхность, наибольший диаметр которой совпадает с диаметром скважины, а ось — с осью скважины. Головные волны, регистрируемые приемником, первыми проходят от источника импульса до приемника по следующему пути: датчик импульсов — промывочная жидкость — порода — промывочная жидкость — приемник. Этот путь, аналогичный пути головных (преломленных) волн в сейсморазведке, обозначен на рис. 75,б лучом Л. В течение некоторого времени t к приемнику последовательно приходят волны: головная P12l, проходящая поперечная P1S2Pl и продольная прямая по раствору Pl со скоростью vPl меньшей vP2 и vs2. Отраженные волны P1l обладают малой энергией и большим углом падения 90° и приемником не отмечаются.
В действительности вследствие интерференции волн и отражений от границ пластов волновое поле имеет более сложный вид.
Распространение упругих волн в среде характеризуется многими параметрами, в том числе энергией волны, ее амплитудой колебаний, эффективным затуханием и др. Энергия упругой волны и амплитуда колебаний, наблюдаемых в той или иной точке, зависят в основном от мощности излучателя, расстояния от него до данной точки, характера горных пород и т. д.
Плотность энергии, переносимой волной в данной точке (в Дж/м3),
где f — частота колебаний в Гц; А — амплитуда волны, условно в В.
При АК регистрируют не Еэ, а амплитуды волн А, связанные с их энергией (V.3), и эффективное затухание (ослабление) волны αАК независимо от причин, которыми оно вызвано.
Горные породы не являются абсолютно упругими, поэтому в них происходят поглощение и рассеяние энергии упругой волны. Поглощение вызвано взаимным внутренним трением слагающих породу частиц, теплопроводностью и молекулярным поглощением среды, что ведет к необратимым превращениям энергии волны в энергию других видов. Рассеяние обусловлено неоднородностями породы, образованием отраженных, преломленных и других волн. При этом продольные волны поглощаются более интенсивно, чем поперечные, не связанные с проявлениями теплопроводности