3.5. Акустичний метод

Акустичні методи геофізичних досліджень у свердловинах основані на вивченні пруж­них властивостей гірських порід, спостерігаючи за процесами послідовного поширення у них деформацій, викликаних пружною хвилею.

У породі виникають різні типи пружних хвиль залежно від виду деформації. Інформативними є такі хвилі: повздожні (Р-хвилі), поперечні (5-хвилі), хвилі Лемба (L-хвилі) і хвилі вторинного походження.

Найважливішими характеристиками пружних хвиль є швидкість їх поширення, амплітуда і коефіцієнт згасання, а також звукові образи. Величина, обернена швидкості по­ширення пружної хвилі в породі, називається інтервальним часом.

При акустичному каротажі (АК) реєструється повне відображення сигналу, тобто його звукові образи: хвильові картини (ХК)- графічний фотозапис на кіноплівку або на фото­папір повного сигналу спільно з почасовими марками і фазокореляційні діаграми (ФКД) -запис повного сигналу у вигляді фазових ліній. ХК і ФКД використовуються для визначен­ня петрофізичних характеристик порід: щільності, пористості та ін.

Швидкість поширення і згасання пружних хвиль у гірських породах залежить від літолого-мінералогічного стану порід, об'єму і структури перового простору, типу цементу і ступеня цементації, характеру розподілу глинистого матеріалу в породі, типу насичуючої фази і ступеня насиченості пор рідиною або газом, термобаричних умов вимірювання (ефективного тиску, температури та ін.). Переважаючими факторами є пористість породи, структура перового простору і мінеральний склад породи при однаковому заповнювачі.

69

При АК застосовується триелементний зонд, який складається із випромінювача і двох розташованих на деякій відстані від нього приймачів. Замість приймачів можуть бути вста­новлені два випромінювачі, а випромінювач замінений приймачем (принцип взаємності). Відстань між приймачами (випромінювачами) називається базою зонда. Довжина зонда дорівнює відстані від випромінювача до приймача.

Випромінювач посилає імпульси коливань, які складаються із трьох-чотирьох періодів. Через деякий час частинка породи починає коливатись. Перше відхилення її від рівноваги називається вступом хвилі, максимальне відхилення амплітудою, а проміжок часу між дво­ма сусідніми максимумами або мінімумами - видимим періодом Т. Частота хвилі - 1/Т. АК розрізняють за швидкістю і за згасанням. АК за швидкістю оснований на вивченні швид­кості поширення пружних хвиль в гірських породах шляхом вимірювання інтервального ча­су , який визначається як різниця часів вступу на другому і першому ^ приймачах: Така різниця часу запобігає впливу свердловини на поширення хвилі і п реєстрацію з допомогою триелементного зонда. Швидкість поширення пружної хвилі у пласті нази­вається пластовою або інтервальною.

АК за згасанням передбачає вивчення характеристик згасання пружних хвиль у поро­дах. При поширенні хвиль кількість енергії, яка припадає на одиницю об'єму, зменшується пропорційно квадрату відстані від точки спостереження до випромі-нювача; амплітуда коли­вань зменшується обернено пропорційно до цієї відстані.

На згасання пружних коливань сильний вплив має неоднорідність середовища, яка веде до послаблення коливань і пониження амплітуди хвилі. Поглинаються пружні коливання породою внаслідок процесів перетворення їх енергії в теплову енергію, що приводить до зменшення амплітуди сигналів. Здатність гірських порід поглинати пружні коливання виз­начається інтенсивністю згасання амплітуди хвилі А. Коефіцієнт поглинання породою пружних хвиль є показником втрати їх енергії внаслідок поширення. Вираз для ко­ефіцієнта має вигляд

^(3.5)

де А₁ і А₂ — амплітуди хвиль, що реєструються приймачами, розташованими на відстані один від одного (ця відстань називається базою зонда).

Згасання коливань зумовлено в основному неідеальністю пружного середовища, роз­повсюдженням енергії в щораз більшому об'ємі внаслідок розширення фронту хвилі, розсіюванням і дифракцією хвиль на неоднорідностях порід. В результаті поглинання енергії амплітуда всіх хвиль в інтеравлі послаблюється в ^п раз.

Дані АК використовуються для розчленовування геологічного розрізу, виділен-ня нафто­газових і водонасичених колекторів, вивчення пористості, тріщиноватості та фізико-механічних властивостей гірських порід, а також інтерпретації результа-тів сейсморозвідки.

АК проводять у свердловинах, заповнених рідиною у комплексі з іншими видами ге­офізичних досліджень згідно з затвердженим комплексом ГДС для даного району. Для наф­тогазових свердловин масштаб запису інтервального часу беруть 10 мкс/м/см у карбо­натному розрізі і 20 мкс/м/см в піщаноглинистому.

Для побудови геоакустичної моделі розрізу використовується широкосмуговий АК (ШАК). За даними цього методу визначають час поширення пружних хвиль у товщах порід у вертикальному напрямі, а також інтервальну і середню сейсмічні швидкості, які викори­стовуються в сейсморозвідці для побудови меж за методом відбитих хвиль.

Геоакустичні моделі середовища, одержані за даними ШАК, використовуються також при вивченні структури горизонтів, що відбивають хвилі, при виборі опти-мальних параметрів для вивчення простору між свердловинами і побудови сейсмограм.

70