МИНЕСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт геологии и нефтегазодобычи

Кафедра прикладной геофизики

Курсовая работа по дисциплине «Электрические и магнитные методы исследования скважин»

на тему: «Теоретические и физические основы акустического метода, расчет кривых АК»

Выполнил студент группы ГИС-11-1

Кузнецов Н.А.

Дата «___»_________________2014г.

Руководитель: Мамяшев В.Г.

Дата «___»_________________2014г.

Оценка___

Тюмень

ТюмГНГУ

2014

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………...…...3

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДА……………….....5

1.1. Основные понятия………………………………………………...…….5

1.2. Принцип измерения…………………………………………….……….9

2. РАСЧЕТ КРИВЫХ АК ………………………………………………………….16

2.1 ……………………………………………………………………………16

2.2. Расчетная часть………………………………………………………….19

ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………………..21

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………………….22

ВВЕДЕНИЕ

Акустическим каротажем (АК) называют методы определения упругих свойств горных пород, пройденных скважиной, по наблюде­ниям за распространением в них упругих волн. По существу он пред­ставляет собой применение сейсмических методов разведки для изу­чения геологического разреза скважин. В основе акустических методов лежит различие упругих свойств пород, слагающих разрезы скважин.

Применение акустического метода в комплексе с другими геофизическими методами позволяет решать следующие задачи поисково-разведочной и промысловой геологии:

1) литологическое расчленение и корреляция разрезов скважин;

2) стратиграфическая привязка отложений;

3) выделение пластов-коллекторов;

4) определение характера насыщения пластов;

5) оценка коэффициента пористости пород;

6) определение положения водонефтяного и газожидкостных контактов.

Имеются все физические предпосылки определения по данным акустического метода коэффициентов водо- и нефтегазонасыщения и оценки фильтрационных и других характеристик коллекторов. Кроме того, акустического методом определяется техническое состояние скважин, например, контроль качества цементирования обсадной колонны (акустическая цементометрия) и диаметр скважины (акустическая кавернометрия).

Целью данной курсовой работы является изучение акустического метода: его теоретических и физических основ; геофизических кривых.

Поставленная цель может быть достигнута путём решения следующих задач:

1. Рассмотрение физики упругих колебаний: виды акустических волн, их геометрия и распространение в различных средах; свойства упругих тел

2. Рассмотрение скважинной акустической аппаратуры, принципа ее работы.

3. Изучение принципов построения геофизических кривых, методики их расчета.

1. Теоретические и физические основы метода

1.1. Основные понятия

В основе акустических методов лежит различие упругих свойств пород, слагающих разрезы скважин. Горные породы в естественном залегании при тех напряжениях, которые воз­никают при исследовании разрезов скважин ультразвуковым методом, являются практически упругими телами. Если на эле­ментарный объем породы, условно принимаемый за точку, в течение некоторого времени действует какая-либо сила, то про исходят деформация частиц породы и их перемещение. Это при­водит к возникновению напряжений в слое, окружающем точку возбуждения, т. е. в этом слое возникают изменяющиеся во времени деформации. В результате во всех направлениях от точки приложения возбуждающей силы изменяется первона­чальное состояние среды. После того как частица среды совер­шит колебания около своего первоначального положения, она успокоится.

Процесс последовательного распространения деформации называется упругой волной. В однородной среде упругие волны распространяются в радиальном направлении от источ­ника колебаний (точки возбуждения). Геометрическое место точек пространства, в которых упругие колебания среды совер­шаются синфазно (в одной фазе), называется фронтом волны. В неоднородной среде пути распространения упругих волн и их фронт имеют более сложную картину. Линия, вдоль которой происходит распространение волны, в каждой своей точке образующая прямой угол с фронтом волны в соответст­вующий момент времени, называется лучом.

Есть два типа волн — продольные (Р) и поперечные (S). Продольная волна вызывается деформацией объема, и ее рас­пространение представляет собой перемещение зон растяжения и сжатия. Частицы среды при этом совершают колебания около своего первоначального положения в направлении, сов­падающем с лучом волны. Поперечная волна связана с дефор­мацией формы, и распространение ее заключается в скольже­нии одного слоя среды относительно другого. Частицы среды при этом колеблются около своего первоначального положения в направлении, перпендикулярном к направлению распростра­нения волны. (см. рис. 1.1.1) Поперечные волны могут возникать только в твер­дых телах.

Рис. 1.1.1. Схема смещения частиц среды при распространении продольных (а) и поперечных (б) волн.

Скорость распространения упругой волны по ходу луча за­висит от упругих свойств и плотности среды, а также от типа волны.

Свойства упругих тел определяются модулем их про­дольного растяжения и коэффициентом поперечного сокраще­ния:

1. Модуль продольного растяжения (модуль Юнга) Е равен отношению приложенного напряжения ρ к вызванному отно­сительному удлинению образца Δl:

(1.1.1)

2. Коэффициент поперечного сокращения (коэффициент Пуас­сона) о является коэффициентом пропорциональности между относительным поперечным сокращением Δl_c данного упругого тела и его относительным удлинением Δl:

(1.1.2)

Скорость распространения продольной упругой волны в по­роде:

(1.1.3)

где δ_п — плотность породы; G — модуль сдвига; К — модуль всестороннего сжатия.

Скорость распространения поперечной волны:

(1.1.4)

Для горных пород Е обычно изменяется от 1,5-10^-1 до 6 Па; коэффициент поперечного сокращения горных пород бли­зок к 0,25. Для горных пород v_p/v_s=1,73, т. е. скорость распро­странения поперечной волны приблизительно в 1,73 раза меньше скорости распространения продольной волны, следова­тельно, продольная волна приходит к удаленным точкам раньше, чем поперечная.

Упругие свойства горных пород, а значит и скорости рас­пространения упругих волн в них обусловлены их минеральным составом, пористостью и формой норового пространства и, та­ким образом, тесно связаны с литологическими и петрофизиче­скими свойствами. (См. таб. 1.1.1)

Кроме того, различные породы по-разному ослабляют энер­гию наблюдаемой волны по мере удаления ее от источника возбуждения упругих волн. Связанные с этой волной колеба­ния захватывают все больший объем породы. В соответствии с этим количество энергии, приходящейся на единицу объема породы, уменьшается. Кроме того, за счет необратимых процес­сов, связанных с неравновесным теплообменом между фазами сжатия и растяжения и с проявлением вязкости (неидеальной упругости среды), уменьшается энергия волны, а следова­тельно, и амплитуда колебаний А. Амплитуда колебаний про­дольной или поперечной волны убывает обратно пропорцио­нально расстоянию от точки наблюдения до места возбужде­ния. Уменьшение амплитуды колебаний продольной или поперечной волны по мере удаления точки наблюдения от из­лучателя зависит от коэффициента поглощения α_УЗ энергии волны на отрезке ΔL:

(1.1.5)

где A₁, A₂ — амплитуды наблюдаемой волны на расстояниях L₁ и L₂; ΔL=L₂-L₁.

Коэффициент поглощения энергии волны или, как его часто называют, ослабления или затухания волны выражают в деци­белах на 1 м или 1/м, относя величину ослабления амплитуды к единице длины: 1 дБ/м = 8,68 м^-1. Величина зависит от пористости породы, минерального состава ее скелета и це­мента, геометрии пор, свойств жидкости, насыщающей поры, частоты упругих колебаний и типа регистрируемых волн.

Таблица 1.1.1. Скорость распространения упругих волн в различных средах в м/сXВоздух	300—500
Метан	430
Нефть	1300—1400
Вода пресная	1470
Вода минерализованная	1600
Промывочная жидкость	1500—1700
Глина	1200—2500
Песчаник нецементированный	1500—2500
Песчаник плотный	3000—6000
Известняк	3000—7100
Доломит	5000—7500
Ангидрит, гипс	4500—6500
Каменная соль	4500—5500
Кристаллические породы	4500—6500
Цемент	3500
Сталь	5400

При акустических исследованиях горных пород измеряют кинематические и динамические характеристики продольных и поперечных волн.

Кинематические характеристики (на них основан акустический каротаж по скорости) определяют скорость распространения упругих волн в породах:

1. Время распространения упругих колебаний между приемником и ближним или дальним излучателем — τ₁ и τ₂;

2. Интервальное время распространения упругой волны Δτ= τ₂-τ₁

Динамиче­ские характеристики (акустический каротаж по затуханию) связаны с поглощающими свойствами ис­следуемой среды:

1. Относительными амплитудами продоль­ных и поперечных колебаний от ближнего и дальнего излуча­телей—А_1Р, А_2Р и А_1S, А_2S;

2. Коэффициентами поглощения — α_УЗР и α_УЗS соответственно для продольных и поперечных волн.