- •Акустический метод
- •Элементы теории упругости
- •Уравнения акустики
- •Упругие волны в однофазных горных породах
- •Упругие волны в многофазных горных породах
- •Методы решения прямой задачи скважинной акустики
- •Акустические волны в скважине Водные и поверхностные волны в скважине
- •Головные волны в скважине
- •Влияние неоднородности околоскважинного пространства на параметры головных волн
- •Заключение
Влияние неоднородности околоскважинного пространства на параметры головных волн
Выше предполагалось, что среда однородна в пределах скважины и за ее стенкой. Однако околоскважинное пространство неоднородно, что связано с наличием пустот и включений, а также зоны, измененной в радиальном направлении в результате взаимодействия с промывочной жидкостью и породоразрушающим инструментом. К радиальной неоднородности приводит и обсадка скважины.
Поскольку головные волны в свою очередь неоднородны, на формирование их параметров влияет цилиндрический слой, в котором локализована основная доля энергии. Среда, лежащая вне этого слоя, на параметры головных волн практически не влияет. В результате экспериментальных исследований установлено, что отношение толщины слоя , оказывающего заметное влияние на динамические параметры волн, к толщине слоя , оказывающего заметное влияние на кинематические параметры, равно приблизительно двум. Это значит, что методы, основанные на определении динамических параметров, в принципе более глубинны, чем основанные на измерении кинематических параметров. При этом и возрастают прямо пропорционально длине волны и, следовательно, зависят от частоты. В качестве примера укажем, что при = 5 км/с и частоте f= 25 кГц, = 20 см, а на частоте 5 кГц увеличивается до 100 см. Легко видеть, что в обоих случаях толщина слоя равна длине волны.
Образование зоны проникновения и, в частности, промытой зоны, приводит к изменению упругих свойств пород и, следовательно, к радиальной неоднородности. Во многих случаях в непосредственной близости от стенки скважины образуются микротрещины. Скорости продольных и поперечных волн при этом растут в направлении неизмененной части пласта. В геофизике такое плавное изменение называют градиентным, поскольку оно связано с появлением отличного от нуля градиента скорости, а среду — слабо неоднородной.
Слабо неоднородную среду можно условно
разбить на множество тонких
(сравнительно с длиной волны), незначительно
отличающихся по параметрам плоскопараллельных
слоев с четкими границами. На границе
каждого слоя волна, упавшая на стенку
скважины под углом
,
испытывает преломление, что приводит
к искривлению е
Рис. 5. Механизм
образования головной рефрагированной(I)
и головной волн(II)
1- неизмененная
порода; 2-низкоскоростной слой
3-промывочная
жидкость
Пространственно-временное распределение волнового поля в обсаженной скважине отличается появлением специфических волн, связанных с колебаниями, возникающими в обсадной колонне и цементном камне. В зависимости от поставленной задачи эти волны можно рассматривать либо как полезный сигнал, либо как помеху. Например, при изучении акустических свойств разреза волну, распространяющуюся по колонне, рассматривают как помеху, а при изучении состояния обсадки — как полезный сигнал.
Расчеты и экспериментальные данные позволили получить сведения о характере волнового поля при различных условиях передачи напряжений на границах колонна — цемент — порода.
П
Рис. 6. Зависимость
скорости обобщённой головной волны от
волновой толщины слоя «колонна –
цемент». Скорость в породе - 2.6
При скользящем контакте цемента с колонной и жестком с породой обобщаются свойства цемента и породы. При этом на частотах ниже 15 кГц влияние цементного камня на параметры головных волн пренебрежимо мало, в связи, с чем скорости их распространения и коэффициенты затухания совпадают со значениями, зарегистрированными в открытом стволе. Однако выделение волны по породе на фоне интенсивной волны по колонне затруднительно.
Если сцепление на границах колонна — цемент — порода отсутствует, обобщенная волна не возникает. Выделение головных волн по породе в этом случае практически невозможно.
Таким образом, при хорошем качестве обсадки по параметрам головных волн можно определить упругие характеристики пород, слагающих разрез скважины, при неудовлетворительной — эта задача трудно выполнима. Вместе с тем, изучая поле упругих волн в скважине, можно оценить качество обсадки, состояние контактов колонна — цемент и цемент — порода, а также распределение цемента в затрубном пространстве.