Физические основы методов акустического каротажа

Горные породы по своему литологическому составу и петро-физическим свойствам весьма разнообразны. Осадоч­ные породы характеризуются неоднородностью, слоистостью, и упругие свойства их изменяются в широком диапазоне. Ско­рости распространения упругих волн в горных породах, как было сказано выше, в основном определяются тремя факто­рами - плотностью, модулем Юнга и коэффициентом Пуассона. Плотность горных пород изменяется в пределах 1,5 - 3,1 г/см³, коэффициент Пуассона - 0,2 - 0,35 и реже до 0,5. В пластичных влажных породах модуль Юнга колеблется в широком диапа­зоне в зависимости от плотности. Механизм распространения упругих колебаний в насыщенных пористых средах в общем случае, как было сказано выше, определяется многими факто­рами.

Кроме исследования коллекторских свойств, акустический каротаж позволяет получить сведения об упруго-механических свойствах горных пород, пересеченных скважиной. Наличие ствола скважины в теле горных пород обусловливает перераспределение напряжений, испытываемых породой под действием горного давления, особенно на стенках и в ближней зоне ствола скважины. Горные породы на глубине находятся под воздействием всестороннего давления. Под действием сил гравитации породы уплотняются в вертикальном направлении с глубиной.

Измерительные установки акустического каротажа

Измерительная установка акустического каротажа (рис.9) состоит из одного или нескольких излучателей и упругих коле­баний и нескольких или одного приемников П, преобразующих упругие колебания в электрические сигналы. В простейшую двухэлементную установку входят один излучатель и один при­емник, между которыми устанавливается акустический изо­лятор.

При акустическом каротаже в скважину опускают установку (зонд), соединенный каротажным кабелем с наземной аппа­ратурой. При подъеме зонда в скважине с заданной периодич­ностью возбуждают акустическое поле и приемником фикси­руют упругие колебания. Упругие колебания преобразуются в электрические сигналы и по кабелю передаются на поверхность в назем­ную аппаратуру для привязки по глубинам и преобразования в форму, удобную для обработки.

В зависимости от сложности решаемых задач применяются акустические зонды с несколькими элементами. Принцип вза­имности между элементами зонда, рассмотренный при элек­трическом каротаже, сохраняется и при акустических методах исследований.

Рис.9 Зонды акустического Рис. 10 Акустические

каротажа: а,б – двухэлементный; изоляторы: а - кабель шланговый;

в – трехэлементный; б – прорези в корпусе;

г – четырехэлементный. в - чередование металла и резины

В скважинной установке расстояние от излучателя до при­емника называют длиной зонда L. Она выбирается такой, чтобы

положительный сигнал был достаточно большим, а влия­ние скважины - минимальным. Обычно длина зонда устанав­ливается в пределах 1—2 м. Расстояние между двумя приемниками (или излучателями) у многоэлементного зонда назы­вают базой зондаZ. Для многоэлементного зонда L равна расстоянию между средней точкой одноименных и удаленного элементов зонда.

Изучение пластов малой мощности требует малого размера базы, в то же время для обеспечения высокоточного измерения времени пробега волны и затухания амплитуды колебаний не­обходимо увеличение базы. Обычно Z выбирают длиной от 0,5 до 1 м. Чтобы исключить возможность прохождения волны по корпусу зонда и уменьшить помехи, между элементами зонда устанавливают акустические изоляторы (фильтры) (рис. 10) из материала с сильно поглощающими свойствами упругих ко­лебаний.