Дисциплина «Промысловая геофизика». Акустический метод Лектор: доц. Лобова Г.А.. 1 Слайд 1

Зонды АК: - двухэлементный (а) - трехэлементный (б) - четырехэлементный (в) И- магнитострикционный излучатель акустических волн. П- пьезоэлектрический приемник акустических волн. ИlПИlП ИsИlПИsИlП Иl 1 Пsl 2 И Точки записи РЕГИСТРАЦИЯ ПРОДОЛЬНОЙ ВОЛНЫ В СКВАЖИНЕ Слайд 3

О задний фронт (тыл) передний фронт (фронт) M N РАСПРОСТРАНЕНИЕ ПРОДОЛЬНОЙ ВОЛНЫ ОТ ТОЧЕЧНОГО ИСТОЧНИКА Магнитострикционный импульсный излучатель (источник). Используется эффект изменения объема и формы тела при пропускании переменного тока. Длительность импульса 1 – 3 периода (Т) с частотой f=5 КГц– 2 МГц. Слайд 16

О задний фронт (тыл) передний фронт (фронт) M1 M2 РЕГИСТРАЦИЯ ПРОДОЛЬНОЙ ВОЛНЫ В СКВАЖИНЕ Приемник пьезоэлектрический. Используется эффект появления электрических зарядов на гранях тела при его сжатии или растяжении. Слайд 2 Запись приемника в точке М 1 Запись приемника в точек M 2 M1 M2

l –длина зонда определяет глубину исследований в радиальном направлении от оси скважины. Радиус исследований увеличивается с увеличением плотности пород, с уменьшением частоты волнового поля f (с увеличением длины волны λ ). Глубина исследований в разрезах, сложенных осадочными породами, составляет 0,25-0,40 м. S- база определяет вертикальную разрешающую способность зонда. Чем меньше база, тем более тонкие пласты можно выделять по диаграммам АК. РЕГИСТРАЦИЯ ПРОДОЛЬНОЙ ВОЛНЫ В СКВАЖИНЕ В АК справедлив принцип взаимности – от перестановки местами излучателя И и приемника П показания не изменяются. Слайд 4

скважина пласт Ро – прямая продольная волна, распространяется по буровому раствору (гидроволна), V 1 порядка 1500 м/с. Роо – отраженная (от стенки скважины) продольная волна, распространяется по буровому раствору. РоР 1 Ро – преломленная (скользящая, головная) продольная волна, распространяется по горной породе, V 2 порядка м/с. РоS 1 Ро – преломленная (скользящая, головная) поперечная волна, распространяется по горной породе. Наибольшая скорость V у волны преломленной головной продольной РоР 1 Ро РЕГИСТРАЦИЯ ОСНОВНЫХ УПРУГИХ ВОЛН В СКВАЖИНЕ. ТИПЫ ВОЛН V1V1 V2V2 Слайд 5

скважина пласт Угол падения i – угол полного внутреннего отражения должен превышать критическое значение. Длина зонда l тоже должна превышать критическое значение. РЕГИСТРАЦИЯ ОСНОВНЫХ УПРУГИХ ВОЛН В СКВАЖИНЕ. ГОЛОВНЫЕ ВОЛНЫ пласт скважина где r=– расстояние между прибором и стенкой скважины. V1V1 V2V2 И И Слайд 6

Волновая картина в плотных породах Волновая картина в трещиноватых породах St - волна Стоунли L - волна Лэмба РЕГИСТРАЦИЯ ОСНОВНЫХ УПРУГИХ ВОЛН В СКВАЖИНЕ. ТРАССЫ П П П Слайд 7

9 Трасса в плотных породах Трасса в трещиноватых породах РЕГИСТРАЦИЯ ОСНОВНЫХ УПРУГИХ ВОЛН В СКВАЖИНЕ. ТРАССЫ П Головная продольная волна РоР 1 Ро, имеющая наибольшую скорость, обгоняет другие волны и первая поступает в приемник П. Это облегчает ее выделение и определение ее кинематических и динамических параметров. Волна Стоунли St – продольная волна, распространяющаяся по стенкам пустотного пространства. Волна Лэмба L – поперечная волна, распространяющаяся по стенкам пустотного пространства. Головная поперечная волна РоS 1 Ро (при условии Vs2/V11) поступает в приемник второй. РоS 1 Ро обычно имеет большую амплитуду, но сильнее, чем волна РоР 1 Ро, затухает в трещиноватых породах. В трещиноватых породах амплитуда волна Стоунли St, как правило, максимальная в волновом пакете. Слайд 8

РЕГИСТРАЦИЯ ОСНОВНЫХ УПРУГИХ ВОЛН В СКВАЖИНЕ. РЕГЕСТРИРУЕМЫЕ ПАРАМЕТРЫ Информативные акустические параметры, используемые при интерпретации АК: - кинематические 1)скорости распространения V р, V s различных типов волн; 2)величины, обратные скорости распространения упругой волны - интервальное время τ; - динамические 1)амплитуды А различных типов волн – максимальное отклонение от положения покоя (равновесия); 2)коэффициенты затухания амплитуды α; 3)фаза φ(t) – мгновенное состояние упругой волны (например, при А=0 или А=Аmax). Слайд 9

РЕГИСТРАЦИЯ ОСНОВНЫХ УПРУГИХ ВОЛН В СКВАЖИНЕ. РЕГЕСТРИРУЕМЫЕ ПАРАМЕТРЫ. ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ Единица измерения скоростей V р, V s - метр на секунду [м/c]. Единица измерения интервального время τ – секунда на метр [c/м], или микросекунда на метр [мкс/м]. Энергию волны характеризует амплитуда колебаний А, единица измерения амплитуды – [мВ], по аналогии с электромагнитными колебаниями. Единица измерения коэффициента затухания α (показателя потери энергии) – [м -1 ]. Единица измерения фазы φ(t) – градусы [град.] или радианы [рад.]. Слайд град.

Регестрируемые параметры: t 1 – время прихода волны к приемнику П 1 ; t 2 – время прихода волны к приемнику П 2 ; времен пробега волны (на интервале ВС=S) Δt = (t 2 –t 1 ), интервальное время τ=Δt/S; A 1 – амплитуда волны на П 1 ; A 2 – амплитуду волны на П 2 ; коэффициент затухания α=(1/S)lg(A 1 /A 2 ). АКУСТИЧЕСКИЙ КАРОТАЖ ТРЕХЭЛЕМЕНТНЫМ ЗОНДОМ Слайд 11

ЗАТУХАНИЕ УПРУГИХ ВОЛН Коэффициент затухания α возрастает с ростом частоты волн, с увеличением пористости и глинистости. При прочих равных условиях, радиус исследования АК по затуханию (по α ) в 1,5 раза превышает радиус исследования по скорости (по τ ). Слайд 12 Для пласта, насыщенного флюидом: Измеримые значения α :

Диаграммы АК Кривые t, А 1 и α против пластов: а) большой мощности (h>S, h>l); б) малой мощности (h<S). Слайд 13 t A1A1 α α

Диаграммы АК 15 При h>l получаемые кривые t, А 1 и α против пластов симметричны. Максимальное значение измеряемого параметра соответствует истинному. При h меньше l амплитуды кривых уменьшаются на величину, равную отношению h/l. Границы пластов любой толщины устанавливаются по точкам, расположенным на расстоянии l/2 по А (или S/2 по t) ниже (в кровле пласта) или выше (в подошве пласта) от уровня вмещающих пород. Большая точность определения границ пластов достигается при использовании диаграммы интервального времени τ (t). Слайд 14

Диаграммы АК 16 На величину регистрируемого сигнала не влияют вмещающие породы, расположенные за пределами зонда (l). На величину регистрируемого сигнала не влияют буровой раствор, глинистая корка и диаметр скважины, если они не изменяются в пределах базы зонда (S). Слайд 15

РЕШАЕМЫЕ ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ ПО ДАННЫМ АК 1. Литологическое расчленение разреза скважины. 2. Определение скоростей упругих волн в горных породах. 3. Определение типа и величины коэффициента пористости. 4. Выделение пластов-коллекторов со сложной структурой порового пространства 5. Определение характера насыщения коллекторов (как правило, в комплексе с данными электрических и радиоактивных методов). Слайд 16

В неглинистых горных породах коэффициент пористости рассчитывается по уравнению среднего времени (формула Уайли): где: k п – коэффициент пористости породы; V ж – скорость распространения упругих волн в жидкости (флюиде), заполняющей поровое пространство; V м – скорость распространения упругих волн в минеральном скелете (твердой фазе); τ – измеренное интервальное время в породе; τ тв - интервальное время в твердой фазе; τ ж - интервальное время в жидкой фазе (флюиде). Слайд 17 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПОРИСТОСТИ ПО ДАННЫМ АК

Горная порода (минерал) τ тв, [мкс/м] Глина 450 Песчаник 170 Известняк 155 Доломит 142 Полевой шпат 170 Кварц 164 Кальцит 155 Флюид τ ж, [мкс/м] Вода 600 Нефть Газ до 2100 (1) Слайд 18

Если в поровом пространстве содержится вода, нефть и газ, то величина τ ж зависит от их соотношения : где: τ в – интервальное время в воде; τ н - интервальное время в нефти; τ ж - интервальное время в газе; Кв – коэффициент водонасыщенности; Кн – коэффициент нефтенасыщенности; Кв – коэффициент газонасыщенности. Слайд 19 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПОРИСТОСТИ ПО ДАННЫМ АК τ ж =τ в Кв + τ н Кн + τ г Кг,

Учет влияния рассеянной глинистости осуществляется по формуле: где: к п – коэффициент пористости породы; τ – интервальное время в породе; τ тв - интервальное время в твердой фазе; τ ж - интервальное время в жидкой фазе (флюиде); к гл – коэффициент объемной глинистости; τ гл – интервальное время агрегатов глинистого цемента. τ гл неуплотненного глинистого цемента изменяется от 400 до 550 мкс/м. В общем случае величина τ гл может быть близкой значениям τ твердой фазы глинистых минералов (полевой шпат, кварц, кальцит). Слайд 20 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПОРИСТОСТИ ПО ДАННЫМ АК к п =[(τ – τ тв )/ (τ ж – τ тв )] – к гл [(τ гл – τ тв )/ (τ ж – τ тв )], (2)

В коллекторах со слоистой глинистостью ( χ гл) величина τ определяется выражением: где: τ – интервальное время в породе; τ гл - интервальное время в прослоях глин, близкое по величине к интервальному времени во вмещающих глинах; τ песч - интервальное время в песчаных прослоях; χ гл – относительное содержание (по толщине) глинистых прослоев в пачке. Уравнение (3) решается относительно τ песч. Подставляя величину τ песч в уравнения (1) или (2) определяется к п песчаных пластов. Слайд 21 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПОРИСТОСТИ ПО ДАННЫМ АК τ=τ гл χ гл + τ песч (1 – χ гл ), (3)

Задачи, решаемые АМ 1. Расчленение разреза (по скорости и частично по коэффициенту затухания) 2. Определение ли то типа пород. 3. Определение коэффициента пористости: Где τ- время пробега волны, измеренное в пределах пласта-коллектора τ Т -время пробега волны по твердой фазе τ Ж – время пробега волны по жидкости 23

4. Определение положения ВНК, ГНК, ГВК (в комплексе с другими методами) 5. Выделение трещинных коллекторов 6. Акустическая кавернометрия и профилометрия 7. Акустический телевизор (строение стенок скважин) 8. Качество цементирования эксплуатационных колонн 24

Акустический контроль оценки технического состояния Акустический метод контроля позволят определить качество сцепления цементного камня с колонной и породой. 25

26 Акустическая цементометрия основана на измерении характеристик волновых пакетов, распространяющихся в колонне, цементном камне и горных породах. Информативными характеристиками являются амплитуды или коэффициент эффективной волны по колонне, а также интервальное время распространения продольной волны. Для оценки цементирования на качественном уровне используют фазокорреляционные диаграммы (ФКД). Вертикальная разрешающая способность метода – 40 см, горизонтальная разрешающая способность метода – 40 см.

27 Типовые условия применения метода: применяется в обсаженных скважинах, заполненных негазированной жидкостью на нефтяной или водной основе. Выполняемые задачи: -определение высоты подъема цементного раствора; -оценка состояния контакта тампонажной смеси с обсадной колонной и горными породами; -оценка герметичности затрубного пространства.

28 Обозначение прибора: МАК-СК - прибор акустического каротажа интегрально - сканирующий МАК - прибор акустического каротажа с излучателем АК-73ПМ(К) - прибор акустического каротажа Регистрируемые параметры: Коэффициент затухания A=20/S(lg(А 1 /А 2 ) Единицы измерения: Децибел на метр (дБ/м) Интервальное время t=t 2- t 1 Микросекунда на метр (мкс/м) Амплитуда волны А 1, А 2 Вольты (В) (усл.ед.)

29 ОБЩАЯ КОНСТРУКЦИЯ МОДУЛЯ МАК-2. В настоящее время наиболее простыми и в то же время наиболее широко применяемыми являются трехэлементные зонды, которые состоят из импульсного излучателя И и двух расположенных на некотором расстоянии от него приемников П 1 и П 2, воспринимающих колебания. В данном модуле вместо двух приемников могут быть установлены два излучателя И 1 и И 2. Излучатель, соответственно, заменяется приемником. МАК-9-СК. Используется аппаратура интегрально-сканирующего акустического каротажа, в блоке зондов которого расположены излучатель и два интегральных приемника, блок излучателей и блок приемников, содержащие соответственно 8 излучателей и 8 приемников (сканирующий зонд); одноименные излучатели и приемники образуют 8 измерительных акустических каналов, что позволяет определять состояние сцепления цементного камня с обсадной колонной радиально в секторах по 45 градусов.

30

31 Скважинное акустическое телевидение (САТ или АВК) Предназначено для изучения скважины или обсадной колонны по интенсивности отраженных высокочастотных упругих импульсов