Акустичний каротаж (АК). Фізичні принципи і характеристики пружних хвиль при вимірюваннях методів АК. Сейсмоакустичні дослідження в свердловинах

Сейсмоакустичні методи досліджень свердловин базуються на визначенні пружних властивостей гірської породи по даним кінематичних та динамічних характеристик поля пружних коливань, що створюються у свердловинах. По частотам пружних хвиль виділяють наступні методи: низькочастотний широкополосний (АКШ) n=5¸6 кГц; ультразвуковий n=10¸75 кГц; акустичного телебачення n=1¸2 мГц; інші методи основані на реєстрації пружних хвиль в гірських породах об’єднуються під назв. сейсмометрія свердловин. Для досягнення більшої детальності у розчленування розрізу використовують високі частоти. Для досягнення глибинності використовують низькі частоти.

Пряма задача АК зводиться до обчислення пружного поля у середовищі між св. та акустичним зондом і являє собою крайову задачу для хвильового рівняння з не нульовою правою частиною, яка характеризується функцією джерела. Хвильове поле аналізується виходячи з представлень геометричної акустики. Точні аналітичні рішення шукаються в стаціонарному та імпульсному режимах. Динамічна задача теорії пружності розв’язується чисельними методами.

Різні породи по різному послаблюють енергію хвилі, що спостерігається. Амплітуда коливань Р або S хвилі зменшується обернено пропорційно відстані від точки збурення до точки спостережень. На практиці дослідження свердловин, зменшення коливань з віддаленням точки спостережень від випромінювача, залежить від коефіцієнту поглинання a енергії хвилі на відрізку Dl a=1/Dl*20*lgA₁/A₂=1/Dl*lnA₁/A₂, де А1, А2 – амплітуди хвилі на відстані Dl, a - коефіцієнт затухання енергії [1/м=Дб]. a залежить від пористості, мінерального складу цементу, геометрії пор, свердловинного флюїду, який заповнює поровий простір, від частоти пружних коливань та типу хвиль. При акустичних дослідженнях вивчають кінематичні характеристики, визначають швидкості розповсюдження пружних хвиль в породах або величини зворотні швидкості (час). На практиці записуються Т1, Т2 або Т2-Т1 (час в різних точках). Записуються динамічні характеристики, які пов’язані з поглинаючими властивостями середовища: А1, А2 та a (амплітуди в різних точках).

Принцип вимірювання АК.

При v_{фільтрату}>v_пласта v_p (повздовжня) буде відхилятися до критичного кута a, sina=v_ф/v_п. При якомусь куті a промінь почне ідти по стінці свердловини (тобто, несе інформацію про фізико-механічну характеристику породи). V_p2 – утворює головні хвилі, які потрапляють в приймач. Шлях проходу хвилі S=d/2+l+d/2. На практиці використовується не дво- а трьох елементний зонд. Можна брати два випромінювача та один приймач. Тоді Т₁ – час проходу головної хвилі від джерела до першого приймача, Т₂ – до другого. Записується DТ=Т₂-Т₁, за Т₁ S=d/2+l₁+d/2, а за Т₂ S=d/2+l₂+d/2, тому S_DТ=l₁-l₂=Dl.

Для зменшення впливу свердловини досліджується центра тор. В якості випромінювача та приймачів використовують на практиці п’єзоелектричні перетворювачі (п’єзокераміка на основі титанату барію та свинцю).

Масштаби запису 1:500, більш детально 1:200, DТ=10¸20мкс/м в см, a=1¸2Дб на 1см. А1, А2=0,5¸2 на 1см. Швидкість руху 1000-1200м/с.

АК розчленовує на пласти та пропластки по пружнім властивостям. Класифікація порід на колектори та не колектори. У комплексі з іншими методами дозволяє визначити тип пористості. Для визначення рівня підняття цементного камню в затрубному просторі та його якості.

Швидкість розповсюдження пружної хвилі по ходу проміння залежить від пружних властивостей та щільності, а також від типу хвилі. Властивості пружних тіл визначаються модулем їх повздовжнього розтягнення та коефіцієнтом поперечного стиснення. Модуль повздовжнього розтягнення Е (Юнга) дорівнює відношенню прикладеної напруги Р до викликаного відносного подовженню Dl зразка до якого прикладена ця напруга. Е=Р/Dl

Коефіцієнт поперечного скорочення s (Пуасона) є коефіцієнтом пропорціональності між відносним поперечним стисненням Dd та відносним видовженням Dl s=Dd/Dl. Пружні властивості гірських порід, а значить і швидкості розповсюдження коливань обумовлені їх мінеральним складом, пористістю та формою порового простору і таким чином тісно пов’язані з літологічними та петрографічними властивостями.

Якщо на елементарний об’єм породи протягом деякого часу діє яка-небудь сила, то відбувається деформація частинок породи та їх переміщення, це призводить до виникнення напруг в об’ємі середовища, яке оточує цей об’єм. В наслідок цього у всіх напрямках від точки прикладення сили змінюється початковий стан середовища гірської породи. Після того як частина середовища здійснить коливання біля свого початкового положення вона заспокоюється. Процес послідовного розповсюдження деформацій назв. пружною хвилею.