- •Лекція №1
- •1.1 Вступ. Історія розвитку гдс. Вклад вітчизняної науки при створенні теоретичних та технічних основ каротажу
- •1.2 Основні напрямки застосування гдс при пошуках, розвідці і розробці корисних копалин, їх ефективність
- •1.3 Класифікація методів гдс за фізичними основами. Поняття про раціональний комплекс методів досліджень свердловин
- •Лекція №2
- •2.1 Конструкція свердловини
- •2.2 Категорії свердловин за призначенням
- •2.3 Характеристики об’єктів дослідження в свердловинах. Поняття про зону кольматації, промиту зону, зону проникнення, незатронуту зону
- •Лекція №3
- •3.1 Фізичні основи методів електричного каротажу
- •3.2 Класифікація зондів
- •3.3 Форми кривих для різних умов
- •3.4 Стандартний каротаж
- •3.5 Мікрокаротажне зондування Фізичні основи, апаратура, області застосування
- •3.7 Визначення коефіцієнта мікрозондів
- •Нахилометрія свердловин
- •Лекція №4
- •4.1 Фізична суть бокового каротажного зондування
- •4.2 Апаратура, технологія проведення досліджень
- •4.3 Умови ефективного застосування результатів бкз та задачі, які вирішуються
- •Лекція №5
- •5.1 Фізичні основи методів
- •5.2 Метод опору екранованого заземлення з автоматичним фокусуванням струму
- •Апаратура бк трьохелектродного зонда (абкт)
- •5.3 Форми кривих ефективного опору
- •5.4 Області застосування та задачі, що вирішуються
- •5.5 Мікробоковий каротаж
- •Лекція №6
- •6.1 Фізичні основи
- •6.2 Форми кривих і фактори, що впливають
- •6.3 Області застосування та задачі, які вирішуються за даними ік
- •6.4 Фізичні основи діелектричного каротажу
- •6.5 Області застосування діелектричного каротажу
- •Лекція №7
- •7.1 Природні потенціали в свердловині
- •7.2 Спосіб реєстрації потенціалів пс
- •7.3 Форми кривих пс
- •7.4 Задачі, які вирішуються за допомогою методу пс
- •7.5 Метод викликаної поляризації. Фізичні основи. Методика проведення досліджень. Задачі, які вирішується за даними методу вп Фізичні основи методу викликаної поляризації
- •Методика проведення досліджень
- •Задачі, які вирішується за даними методу вп
- •Лекція №8
- •13.1 Фізичні основи методів магнітного поля
- •13.2 Метод природного магнітного поля
- •13.3 Апаратура методу природного магнітного поля
- •13.4 Області застосування методу пмп
- •13.5 Метод магнітної сприйнятливості
- •13.6 Апаратура методу мс
- •13.7 Криві методу мс
- •13.8 Області застосування методу мс
- •13.9 Ядерно-магнітний каротаж
- •13.10 Апаратура ядерно-магнітного каротажу
- •13.11 Криві ямк
- •13.12 Області застосування ямк
- •Лекція №9
- •Радіоактивність, основні закони радіоактивного розпаду
- •Гамма-каротаж
- •Лічильники, які використовуються при вимірюванні радіоактивності
- •Способи еталонування апаратури
- •Криві гк
- •Задачі, які вирішуються за допомогою гк
- •Спектрометричний гамма-каротаж
- •Лекція №10
- •10.1 Взаємодія гамма квантів з речовиною
- •10.2 Фізичні основи ггк-г
- •10.4 Апаратура і методика проведення густинного гамма-гамма-каротажу
- •10.5 Гамма-гамма-каротаж селективний
- •10.6 Області застосування методів розсіяного гамма-випромінювання
- •Лекція №11
- •Взаємодія нейтронів з речовиною
- •Фізичні основи нейтронних методів:
- •Нейтронний гамма-каротаж
- •Нейтрон-нейтронний каротаж по теплових нейтронах
- •Нейтрон-нейтронний каротаж по надтеплових нейтронах
- •Задачі, які вирішуються за даними нгк, ннк-т, ннк-нт
- •Джерела швидких нейтронів
- •Вплив різних факторів на покази нейтронних методів
- •Імпульсний нейтрон-нейтронний каротаж
- •Задачі, які вирішуються за даними іннк
- •Лекція №12
- •12.1 Фізичні основи акустичних методів
- •12.2 Розповсюдження пружних хвиль у свердловині
- •12.3 Апаратура акустичного каротажу
- •12.4 Методика проведення вимірювань акустичного каротажу
- •12.5 Задачі акустичного каротажу
- •Лекція №13
- •13.1 Типи і основні вузли каротажних станцій-лабораторій
- •Лабораторія лкс-7-02
- •Будова та робота лабораторії
- •Пристрої та робота основних складових лабораторії
- •13.2 Каротажні лебідки, підйомники, їх конструкції. Каротажні: кабелі, датчики магнітних міток, натягу, блок-баланси, сельсини
- •Лекція №14
- •Області застосування методу природного теплового поля Землі та геологічні задачі, які розв’язуються за результатами даного методу.
- •5.3 Апаратура, обладнання та матеріали
- •Лекція №15
- •Інклінометрія
- •3.3 Апаратура, обладнання та матеріали
- •Кавернометрія
- •4.3 Апаратура, обладнання та матеріали
- •Лекція №16
- •Геохімічні дослідження у свердловинах
- •Газовий каротаж в процесі буріння
- •Апаратура та методика проведення газометрії свердловин в процесі буріння
- •Задачі газометрії свердловин підчас буріння
- •Газометрія свердловин після буріння
- •Механічний каротаж
- •Задачі, які вирішуються за допомогою комплексних геофізичних досліджень в процесі буріння
- •Припливометрія
- •Дебітометрія
- •Лекція №17
- •17.1 Метод термометрії
- •17.2 Гамма-гамма каротаж
- •17.3 Акустичний каротаж
- •Лекція №18 Дефектометрія свердловин. Індуктивний дефектомір обсадних труб. Гамма-гамма-товщиномір. Свердловинне акустичне телебачення. Акустичні сканери
- •18.1 Індуктивний дефектомір обсадних труб
- •18.2 Гамма-гамма-товщиномір
- •18.3 Свердловинне акустичне телебачення
- •Лекція №19
- •Визначення положення газорідинних і водо-нафтових контактів
- •Лекція №20
- •20.1 Перфорація
- •20.2 Торпедування
- •20.3 Інші види підривних робіт
- •20.4 Відбір зразків порід, проб пластових флюїдів та випробовування пластів
- •20.4.1 Відбір зразків порід
- •20.4.2 Відбір проб пластових флюїдів та випробовування пластів
- •Лекція №21
- •21.1 Основні правила техніки безпеки при проведенні геофізичних робіт у свердловинах
- •21.2 Електрометричні роботи
- •21.3 Радіометричні роботи
- •21.4 Прострілково-вибухові роботи
- •21.5 Промислова санітарія і протипожежні заходи
12.2 Розповсюдження пружних хвиль у свердловині
Для вивчення акустичних властивостей гірських порід необхідно в свердловині збуджувати пружні хвилі та спостерігати за ними після проходження їх через гірські породи, які складають геологічний розріз.
Найпростіший свердловинний прилад, що використовується в акустичному каротажі, складається із одного випромінювача В і одного приймача П, які розділені між собою акустичним ізолятором (Рис. 2). Відстань L між випромінювачем та приймачем називається базою зонда або довжиною зонда.
Фронти хвиль у послідовні моменти часу t1, t2,…, tn+2 (ізохрони хвиль): 1 – падаючої (прямої) Р1, 2 – проходячої Р12, 3 – головної Р121, 4 – відбитої Р11.
Розглянемо випадок, коли є два середовища I і II з різними акустичними властивостями, які розділені плоскою границею. Припустимо, що в середовищі I поширюється поздовжня пружна хвиля. Коли пружна хвиля P1 у середовищі I, яка називається падаючою, досягає границі розділу, відбувається її відбивання та заломлення (Рис. 3). За рахунок енергії падаючої хвилі утворяться вторинні хвилі, якими є відбиті хвилі – поздовжня Р11 і поперечна P1S1 та проходячі хвилі – поздовжня Р12 і поперечна P1S2. У фізиці проходячі хвилі інакше називаються заломленими. Вторинні хвилі, які мають такий же тип, як і падаюча називаються монотипними, а які відрізняються від типу падаючої хвилі – обмінними.
При відбиванні та заломленні змінюється напрямок фронту та променя хвилі (Рис. 3). Між напрямками падаючої та заломленої хвиль існує наступне співвідношення (закон заломлення):
, (9)
де 1 – кут падіння; – кут заломлення; V1 і V2 – швидкості поширення хвиль у середовищах I і II.
При V1 і V2 та деякому критичному куті падіння 1=і, що задовольняє умові:
, (10)
кут заломлення = 90° і промінь заломленої хвилі ковзає в середовищі II вздовж границі розділу. Такий випадок заломлення називається повним внутрішнім відбиттям. При акустичному каротажі найбільший інтерес представляють хвилі, які виникають у результаті повного внутрішнього відбиття.
Відбиті хвилі утворяться в тому випадку, якщо добуток швидкості на щільність (хвильовий опір) одного середовища більший ніж в іншому. Кути 1 і 2 (1P і 2S Рис. 3), які складають падаючий і відбитий промені з перпендикуляром до границі розділу (кут падіння і кут відбиття) зв’язані між собою наступною формулою:
, (11)
де Vвід – швидкість відбитої хвилі.
У випадку відбиття монотипної хвилі (Vвід=V1) кут відбивання дорівнює куту падіння.
Переважно більша частина енергії падаючої хвилі витрачається на утворення вторинних хвиль того ж типу, тому енергія обмінних хвиль, особливо відбитих, значно менша, ніж монотипних.
Співвідношення між амплітудами падаючої, відбитої та заломленої хвиль визначається хвильовими опорами середовищ I і П.
При наявності декількох середовищ зазначені явища виникають на кожній границі розділу, причому як для прямих хвиль, що йдуть безпосередньо від джерела збудження, так і для відбитих та заломлених. Усе це значно ускладнює розподіл хвиль у досліджуваних середовищах.
У середовищах з поверхнями розділу існують особливі хвилі, що поширюються в тонкому шарі в границі розділу. На відміну від розглянутих вище об’ємних хвиль, ці хвилі називаються поверхневими.
Розглянемо поширення пружних хвиль від невеликого сферичного випромінювача В, розташованого на осі свердловини; при цьому будемо вважати, що пересічений свердловиною пласт має необмежену потужність (Рис. 2).
У буровому розчині можуть проходити тільки поздовжні хвилі, швидкість яких VP1 звичайно менша швидкості поздовжньої VP2 і поперечної VS2 хвиль у пласті. В цьому випадку спостерігається наступне.
При виникненні в момент =0 імпульсу пружних коливань від випромінювача починає поширюватися пряма поздовжня хвиля P1, що має сферичний фронт (лінії 1 на рис. 2). Після досягнення в момент 1 фронтом прямої хвилі стінки свердловини, яка є границею розділу двох середовищ, відбувається утворення вторинних хвиль – відбитої P1 (її фронт показаний лінією 4) і заломлених. Виникають дві заломлені хвилі: поздовжня P12 (її фронт показаний лінією 2), яка поширюється зі швидкістю VP2 й обмінна поперечна хвиля P1S2 (на рис. 2 не показана), швидкість якої VS2<VP2.
У момент 2 фронт прямої хвилі утворить зі стінкою свердловини критичний кут iP, внаслідок чого, починаючи від точки А, фронт минаючої хвилі P12 стає перпендикулярним до границі розділу і дальше ця хвиля ковзає вздовж стінки свердловини (положення фронтів 3, 4,…, n+2), тому що VP2>VP1 хвиля Р12 з віддаленням по свердловині від точки А все більше обганяє пряму P1 і відбиту Р11 хвилі, як видно на рис. 2 за розміщенням фронтів, починаючи з моменту t3.
При подальшому своєму русі заломлена хвиля Р12, ковзаючи вздовж границі розділу, викликає коливання в розчині, тому в свердловині утвориться нова хвиля Р121, яка називається головною (фронти зображені лінією 3). У сейсморозвідці для неї застосовують також термін переломлена хвиля. Фронт цієї хвилі має конічну поверхню, вісь якої збігається з віссю свердловини, а найбільший діаметр дорівнює, діаметру свердловини. Тому при переміщенні від джерела форма та розміри фронту не змінюються. Поширення коливань від випромінювача В до приймача П можна зобразити променем п (Рис. 2), який проходить шлях свердловина–порода–свердловина.
Аналогічна картина спостерігається при поширенні заломленої поперечної хвилі Р1S2, яка, починаючи з деякого моменту >2, викликає утворення головної хвилі Р1S2Р1.
Таким чином, на порівняно невеликій відстані від випромінювача в свердловині будуть спостерігатися головні хвилі Р121 і Р1S2Р1, швидкості яких рівні відповідно VP2 і VS2. Тому до приймача П, якщо він достатньо віддалений від випромінювача, послідовно приходять хвилі Р121, Р1S2Р1 і потім пряма хвиля Р1. Відбита хвиля Р11 не спостерігається – внаслідок великих кутів падіння (190°) та її малої енергії.
З акустики і сейсморозвідки відомо, що при наявності плоскої границі розділу амплітуда головної хвилі обернено пропорційна квадрату відстані до випромінювача, якщо ця відстань значно більша віддаленню випромінювача від площини розділу. Більш інтенсивніше, чим для прямої хвилі, послаблення головної хвилі пояснюється тим, що вона є розбіжною, а енергія на її утворення надходить від заломленої хвилі, фронт якої на великих віддаленнях від випромінювача близький до сферичного. При акустичному каротажі границя розділу циліндрична, внаслідок чого фронт головної хвилі не розходиться з віддаленням від випромінювача. Тому можна вважати, що амплітуда головної хвилі і, відповідно, амплітуда викликаної її ковзаючої хвилі становить:
, (12)
де A0 – амплітуда поблизу випромінювача; с – коефіцієнт, який залежить від величини критичного кута i та акустичних жорсткостей бурового розчину і породи; z – відстань від випромінювача до приймача; n – показник степеня, який близький до одиниці на великих віддаленнях від джерела.
Таке послаблення коливань спостерігається у випадку ідеально пружного середовища. Гірські породи не є абсолютно пружними, тому в них відбувається поглинання енергії пружної хвилі внаслідок внутрішнього тертя між сусідніми частинками середовища і розсіювання хвиль, яке обумовлене неоднорідністю середовища.
У результаті поглинання енергії амплітуда всіх хвиль на інтервалі l послаблюється в е-l раз, де – коефіцієнт поглинання, який визначає здатність порід гасити коливання (м-1).
Внаслідок спільного впливу розбіжності і переломлення хвилі, а також поглинання її енергії амплітуда коливань головних хвиль у свердловині змінюється з відстанню відповідно виразу:
. (13)
Величина коефіцієнта поглинання залежить від частоти коливань . В області ультразвукових частот для всіх порід коефіцієнт поглинання зростає з частотою.