5.Акустический каротаж

Акустический каротаж (АК) основан на изучении характеристик упругих волн ультразвукового и звукового диапазона в горных породах. При АК в скважине возбуждаются упругие колебания, которые распространяются в ней и в окружающих породах и воспринимаются приемниками, расположенными в той же скважине. Акустические методы основаны на измерении в скважине скоростей распространения упругих волн и интенсивности их затухания в горных породах.

5.1. Акустический каротаж по скорости и затуханию

По типу регистрируемых акустических параметров различают акустический каротаж по скорости и затуханию.

Акустический каротаж по скоростиоснован на изучении скорости распространения упругих волн в горных породах, вскрываемых скважинами путем измерения интервального времени:

Δt=(t2-t1)/S[ мкс/м],

(5.1)

где - (t₂-t₁) разность времен вступления на втором и первом приемнике, S – зонд.

Время пробега Δt упругой волны на единицу длины и ее скорость v_п определяются по разности времен вступления на втором и первом приемниках (t₂-t₁). Часть пути от излучателя до приемника возбужденная волна проходит по промывочной жидкости и глинистой корке. Эти отрезки пути одинаковы для каждого из приемников, вычитаются из времен вступления t₂ и t₁, что обеспечивает исключение влияния скважины при измерениях трехэлементным зондом. Скорость распространения упругой волны в пласте, определяемая при акустическом каротаже, называется пластовой, или интервальной.

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.

На величину затухания упругих колебаний сильное влияние оказывают глинистость, характер насыщения, трещиноватость и кавернозность пород. Скорость распространения упругих волн v 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)г кристаллических пород (4500—6300 м/сек) и каменной соли (4500 15500 м/сек); минимальные - для воздуха (330 м/сек) и углеводородных газов (метан - 430 м/сек). Низкими скоростями распространения упруги золн характеризуются также нефть (1400 м/сек), вода и буровой раствор 1(1670-1760 м/сек). Глинам, песчаникам и известнякам соответствуют про­межуточные значения v, равные соответственно 1800-2400, 2000-300 Р200-5500 м/сек. Скорость распространения упругих волн в горных породах возрастает с увеличением их цементации.

Интенсивность затухания продольных волн особенно зависит от наличия в породах трещин и каверн, а также от газоносности пород, увеличиваясь с повышением этих параметров. Способность горных пород к поглощению упругих колебаний (α_ак) оценивается при помощи акустического каротажа по интенсивности затухания амплитуды волны А. Затухание обусловлено в основном следующими причинами: поглощением вследствие неидеально упругой среды; расхождением энергии во все больший объем среды в результате расширения фронта волны при ее движении; рассением и дифракцией волн на неоднородностях среды и вследствие отражения и преломления на границах сред с различными скоростями распространения колебаний. На величину затухания упругих колебаний сильное влияние оказывают глинистость, характер насыщения, трещиноватость и кавернозность пород.

Измеренное ослабление продольной волны на единицу длины связано с амплитудами колебаний от ближнего А₁ и дальнего А₂ излучателей, регистрируемых приемниками глубинного прибора. Амплитуда колебаний продольной волны, воспринимаемая приемником, измеряется в условных единицах, например в милливольтах. В некоторых случаях пользуются относительной амплитудой колебаний – отношением амплитуды А регистрируемой волны к наибольшему значению амплитуды против опорного пласта А_оп, т.е. А/А_оп. За опорный пласт принимается мощный пласт плотных пород с наибольшей амплитудой А_оп. 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 - окружающая среда и промывочная жидкость-порода. Это сопротивление характеризуется сильной изменчивостью и оказывает значительное влияние на величины измерений, которые не поддаются учету. Для приема продольной головной волны в одинаковых условиях по всему разрезу глубинный прибор акустического каротажа необходимо строго центрировать в скважине или прижать к ее стенке.

Исследования скважин акустическими методами практически сводятся к определению времени прохождения продольных волн от источника ультразвуковых колебаний до их приемника или к определению времени прохождения волн между двумя приемниками.

На рис.5.1 приведена фактическая кривая АК; как видно, повышение глинистости ведет к увеличению Δt и коэффициента поглощения α_ак, ослаблению амплитуд продольных головных волн.

Данные акустического каротажа в комплексе с другими геофизическими методами дают возможность определить пористость пород, выделить зоны трещиноватости и кавернозности в карбонатном разрезе, уточнить литологию разреза, получить сведения о техническом состоянии скважины.

Рис. 5.1.Влияние глинистости пород на затухание упругих волн:

1 – песчаник; 2- глины; 3- песчаная глина; 4 – известняк