Реферат на тему акустический каротаж

Обновлено: 05.07.2024

1. История развития акустических методов исследования скважин
2. Акустические методы
2.1. Теоретические основы метода
2.1.1. Акустический каротаж. Теоретические основы
2.1.2. Акустический каротаж на преломленных волнах
2.2. Применяемая аппаратура и оборудование
2.2.1 Модуль АК-М
2.2.2 АКЦ-М
2.2.3 ПриборАКВ-1
2.2.4 СПАК-6
2.2.5 АКЦ–НВ–48
3. Применение широкополосного волнового акустического каротажа для определения характера насыщения и ФЭС коллекторов через колонну
4. Телевизор скважинный акустический типа CAT
5. Прибор акустического каротажа в процессе бурения SonicScope
6. Список литературы.

Интерпретация данных ГИС условно может быть подразделена на 2 этапа.
Первый этап - оперативная игеофизическая интерпретация.
Здесь устанавливают местоположение в разрезе скважины отдельных литологических разностей и определяют их физические свойства; выделяют интервалы, занимаемые полезным ископаемым, и определяют его качественные и количественные характеристики.
На нефтяных и газовых месторождениях по результатам оперативной интерпретации составляют заключение, которое выдают геологическойслужбе буровых предприятий. В заключении указывают глубины залегания продуктивных коллекторов, их пористость и нефтенасыщенность и дают рекомендации по испытанию пластов.
Второй этап – свободная или комплексная геологическая интерпретация.
На этом этапе по совокупности геофизических данных об отдельных
пластах и имеющимся геологическим материалам дают заключение о
строении залежей полезного ископаемогои его запасах.
На этом этапе производят корреляцию разрезов скважин, строят
профильные геолого-геофизические разрезы, структурные и пластовые
карты, подсчитывают запасы полезного ископаемого.

Комплексирование методов ГИС на месторождениях
нефти и газа
Геофизические исследования нефтяных и газовых скважин имеют
особенно важное значение. Это объясняется, с одной стороны,
необходимостьюбурения глубоких скважин с минимальным отбором
керна или вообще без него (для удешевления и ускорения работ) и, с
другой стороны, хорошей дифференциацией осадочных толщ по легко
измеряемым электрическим и ядерно-физическим параметрам,
выдержанностью разрезов осадочных пород по простиранию, что дает
возможность привязки каротажных диаграмм многих скважин к разрезу
одной или нескольких опорных скважин,пробуренных с отбором керна.
Основные задачи, решаемые с помощью ГИС на месторождениях
нефти и газа:
1. Литологическое расчленение разрезов скважин.
2. Выделение в разрезах коллекторов, определение их мощности и
строения.
3. Определение коллекторских свойств:
- пористости;
- проницаемости;
- глинистости.
4. Определение нсфтегазонасыщенности коллекторов.
5. Определение положения ВНК,ГНК, ГВК.
6. Корреляция разрезов скважин.
7. Изучение технического состояния скважин.
8. Контроль над разработкой месторождений.
При каротаже скважин на месторождениях нефти и газа применяют
обширный комплекс методов ГИС, утвержденный в 1999 г. Минприроды и
Минтопэнерго Российской Федерации.

Литологическое расчленение разрезов скважин
Расчленение геологического разреза скважины по составу породи
составление предварительной литологической колонки представляют
основное содержание оперативной интерпретации.
Прежде чем приступить к решению этого вопроса, диаграммы
различных методов увязывают по глубине. Для этого выбирают пласты с
наиболее четкими особенностями на каротажных диаграммах. Решение
вопроса о литологическом расчленении зависит от типа геологического.

Оценка качества цементирования обсадных колонн в скважинах акустическими методами основана на различии в скорости рас¬пространения упругой волны и на изменении ее амплитуды в за¬висимости от механических свойств окружающей среды; на вы¬сокой чувствительности акустического сигнала к жесткости кон¬такта на границе между двумя средами и к разрывам механи¬ческой сплошности среды.

Содержание работы

Содержимое работы - 1 файл

ГИС реферат.doc

Физические основы метода………………………………………………….4

Оценка качества цементирования обсадных колонн в скважинах акустическими методами основана на различии в скорости распространения упругой волны и на изменении ее амплитуды в зависимости от механических свойств окружающей среды; на высокой чувствительности акустического сигнала к жесткости контакта на границе между двумя средами и к разрывам механической сплошности среды. Если колонна обсадных труб свободна, не связана с цементом, то упругая волна распространяется непосредственно по металлу колонны со скоростью порядка 5200 м/с и с малой потерей энергии. Амплитуда волны Ак сохраняется максимальной. В случае жесткого сцепления колонны с цементом упругие колебания, распространяясь по колонне, возбуждают колебания в цементном камне. Прохождение волны по цементу характеризуется снижением скорости распространения волны и значительными потерями энергии. В результате возрастает время прохождения волны и снижается амплитуда проходящей волны. Установить характер дефектов (каналы, разрывы или микрозазоры) по полученным материалам в большинстве случаев нельзя. Поэтому любые дефекты или их сочетания выражаются через чисто условный термин сплошность контакта.

Таким образом, акустический метод позволяет определять степень сцепления цементного камня с колонной.

Акустический каротаж (АК).

Акустический каротаж (регистрация кинематических и динамических параметров продольных и поперечных волн и их относительных параметров) относится к основным методам, проводится в открытом стволе во всех поисковых скважинах, перед спуском каждой технической или эксплуатационной колонны, по всему разрезу, исключая кондуктор.

При наличии в разрезе газонасыщенных пластов акустический каротаж рекомендуется проводить в интервалах каждого стандартного каротажа, т.е. в условиях, когда зоны проникновения еще не достигают критических для АК значений.

Метод АК обеспечивает высокое вертикальное расчленение разреза (выделяются контрастные по кинематическим и по динамическим параметрам прослои 0,4-0,6м).

На показания АК практически не влияют диаметр скважины, наличие и свойства глинистой корки, тип и характеристики промывочной жидкости, свойства вмещающих пород, температура в интервалах замеров, что переводит АК в разряд эффективных методов с минимальным числом поправок при определении пористости.

Физические основы метода.

Акустический каротаж основан на возбуждении в жидкости, заполняющей скважину, импульса упругих колебаний и регистрации волн, прошедших через горные породы, на заданном расстоянии от излучателя в одной или нескольких точках на оси скважины. Возбуждение и регистрация упругих волн при АК осуществляется с помощью электроакустических преобразователей.

При воздействии на элементарный объем породы с помощью ультразвуковой волны (10-75 кГц) происходит деформация частиц породы и их перемещение. Во всех направлениях от точки приложения возбуждающей силы изменяется первоначальное состояние среды.

Процесс последовательного распространения деформации называется упругой волной. Различают продольные и поперечные волны. Продольные волны связаны с деформациями объема твердой или жидкой среды, а поперечные с деформациями только твердой среды.

Продольная волна представляет собой перемещение зон сжатия и растяжения вдоль луча, а поперечная - перемещение зон скольжения слоев относительно друг друга в направлении перпендикулярном лучу. Продольные волны распространяются в 1,5 -10 раз быстрее поперечных.

Упругие свойства горных пород, а значит и скорости распространения упругих волн в них обусловлены их минеральным составом, пористостью и формой порового пространства и, таким образом, тесно связаны с литологическими и петрофизическими свойствами.

Скорость распространения упругих волн в различных средах следующая:

воздух - 300-500 м/с,
метан - 430 м/с,
нефть - 1300 м/с,
вода пресная - 1470 м/с,
вода минерализованная - 1600 м/с,
глина - 1200-2500 м/с,
песчаник плотный - 3000-6000 м/с,
цемент - 3500 м/с,
сталь - 5400 м/с.

Кроме того, различные породы по разному ослабляют энергию наблюдаемой волны по мере удаления от источника возбуждения упругих волн. Чем выше газонасыщенность, глинистость, трещиноватость и кавернозность пород, тем больше затухание колебаний.

Для измерения параметров распространения упругих колебаний используется акустический зонд. В качестве основного используется трехэлементный зонд, состоящий из двух излучателей и приемника (рис.1). Каждый из излучателей и приемник образуют двухэлементный зонд.

Рис.1 Схема СПАК-6

В процессе регистрации волновых картин выделяются следующие параметры (см. рис. 2):

- T1 время пробега головной волны от ближнего излучателя (время первого вступления продольной волны 1 зонда);

- T2 время пробега головной волны от дальнего излучателя (время первого вступления продольной волны 2 зонда);

- A1 амплитуда первого вступления волны от ближнего излучателя (максимальная амплитуда сигнала, поступающего от ближнего излучателя в интервале стробирования ~140 мкс, начинающегося в момент фиксации сигнала);

- A2 амплитуда первого вступления волны от дальнего излучателя (максимальная амплитуда сигнала, поступающего от ближнего излучателя в интервале стробирования ~140 мкс, начинающегося в момент фиксации сигнала).

На основе этих данных рассчитываются:

- D Т - интервальное время пробега продольной волны: D Т= (Т2-Т1) / S ;

- a - кажущийся коэффициент поглощения продольной волны: a =20(1/S) lg(A1/A2);

В каждое из времён Т1 и Т2 входит двойное время пробега волны по раствору. В разности (Т2-Т1) это время исключается (то есть исключается влияние скважины) и (Т2-Т1) соответствует пробегу волны в интервале между излучателями (база зонда S) по прямой. Время (Т2-Т1), отнесенное к пробегу волны на расстояние в 1м, называют интервальным временем D Т (измеряется в мкс/м).

При акустических исследованиях может также применяться зонд состоящий из одного излучателя и двух приёмников (рис.3).

При акустическом каротаже возбуждение упругих колебаний частотой 10 - 20 кГц и 20 кГц - 2 Мгц производится с помощью магнитострикционных (или иных) излучателей.

Упругие колебания измеряют с помощью двух пьезоэлектрических сейсмоприемников, расположенных по одной линии на расстояниях 0,5 - 2 м друг от друга и от излучателя.

Между излучателем и ближайшим приемником устанавливается звукоизолятор, например, из резины, препятствующий передаче упругих колебаний по зонду. Все перечисленные приборы вместе с электронным усилителем принятых колебаний размещаются в скважинном снаряде акустического каротажа. Остальная аппаратура располагается в каротажной станции.

Акустический каротаж выполняется как в необсаженных скважинах, заполненных жидкостью, так и в обсаженных скважинах. Радиус исследования пород от оси скважины не превышает 0,5 - 1 м.

Рис. 3. Схема аппаратуры акустического каротажа:

а - скважинный снаряд; б - кабель; в - наземная аппаратура; 1 - излучатель; 2 - генератор акустических колебаний; 3 - акустический изолятор; 4 - приемники; 5 - электронный усилитель; 6 - блок-баланс; 7 - усилитель; 8 - регистратор; 9 - блок питания

Наиболее простой способ акустических исследований - каротаж скорости, когда автоматически регистрируется кривая изменения времени пробега прямой или головной волны между двумя приемниками. Поскольку расстояние между приемниками постоянно, то кривая времени является фактически обратным графиком изменения скорости. При каротаже по затуханию измеряется амплитуда упругой волны и ослабление сигнала между двумя приемниками.

Скорость распространения упругих волн зависит от упругих модулей пород, их литологического состава, плотности и пористости, а величина затухания - от характера заполнителя пор, текстуры и структуры породы (рис. 4). На акустических диаграммах высокими значениями скоростей распространения упругих волн выделяются плотные породы - магматические, метаморфические, скальные, осадочные. В рыхлых песках и песчаниках скорость тем ниже, чем больше пористость. Наибольшее затухание (наименьшая амплитуда сигнала) наблюдается в породах, заполненных газом, меньше затухание в породах нефтенасыщенных, еще меньше - у водонасыщенных.

Рис. 4. Общий вид диаграммы скорости (а) и амплитуды (б) при акустическом каротаже: 1 - породы средней пористости, сухие; 2 - породы средней пористости, влажные; 3 - породы высокой пористости; 4 - породы низкой пористости, плотные

Акустический метод применяется для расчленения разрезов скважин по плотности, пористости, коллекторным свойствам, а также для выявления границ газ - нефть, нефть - вода и определения состава насыщающего породы флюида. Кроме того, по данным этого метода можно судить о техническом состоянии скважин и, в частности, о качестве цементации обсадных колонн.

В незацементированной колонне отношение амплитуд А1/А2 должно находится в пределах 1-1,1. Отклонение от этого соотношения свидетельствует о неидентичности одноименных элементов зонда.

Интервальное время в свободной незацементированной колонне должно составлять

Погрешность измерений оценивают по результатам повторных замеров. При неизменных геолого-технических условиях разность показаний при первом и повторном замерах для каналов dТ и w не должно превышать удвоенной предельной погрешности аппаратуры, указываемой в ТО на нее (например для СПАК-6 dТ- 3%, w - 4 дб ).

Пористость полученная по данным АК должна соответствовать данным, полученным другими методами (ННКт, ГГКп). Проконтролировать изменение dТ с глубиной можно по палетке (см.рис.5).

Рис.5. Палетка акустического каротажа

Основные методологические требования к диаграммам АК:

диаграммы должны быть высокого качества;
параметры регистрации диаграмм АК (скорость записи, стабильность каналов) должны быть в соответствии со свойствами разреза и обеспечивать качество по всему диапазону изменений измеряемых параметров;
кинематические параметры (Т1+Т2+∆T) должны регистрироваться одновременно, также как и динамические (A1+A2+lg A1/A2).
Во всех выявленных или уже известных перспективных интервалах параллельно записи АК в масштабе глубин 1:500 проводятся записи тех же параметров в масштабе глубин 1:200.

Акустический каротаж реализован на аппаратуре СПАК-6.

Аппаратура акустического каротажа СПАК-6 предназначена для измерения и регистрации кинематических и динамических характеристик упругих волн в нефтяных и газовых скважинах.

Данные по аппаратуре.

Аппаратура обеспечивает исследование скважин диаметром от 140 до 400 мм с температурой до 115° С, с гидростатическим давлением до 100 МПа, в водной промывочной жидкости.

Аппаратура эксплуатируется с трехжильным геофизическим кабелем типа КГ3-67-180 длиной до 5500м.

Формула зонда И₂ 0,4 И₁ 1,2 П. Схема прибора изображена на рис.16.

Частота излучаемых колебаний - 25 кГц.

Передача информационного сигнала на наземный измерительный пульт осуществляется по первой и второй жилам кабеля. Передача напряжения частоты 400 Гц для питания скважинного прибора осуществляется по средней точке цепи, образованной первой и второй жилами кабеля, согласующим трансформатором скважинного прибора и броней кабеля. По третьей жиле и броне кабеля осуществляется передача в скважинный прибор пусковых импульсов и постоянного напряжения для управления переключателем усиления, а также передача синхроимпульсов скважинного прибора.

Диапазон измерений интервального времени Т от 140 до 600 мкс/м. Диапазон измерений декремента затухания не менее 30 дБ/м.

Сопротивление первой и сопротивление второй жилы кабеля по отношению к оплетке кабеля должны быть равны между собой и примерно соответствовать сопротивлению одной жилы на данной длине кабеля. Сопротивление первой жилы кабеля по отношению ко второй жиле должно быть равно сопротивлению двух жил кабеля. Сопротивление третьей жилы кабеля по отношению к корпусу должно быть порядка 3,5 кОм.

Стратиграфическое расчленение разреза является одной из первых задач при выполнении геофизических исследований бурящихся скважин. При решении данной задачи основной целью является геологическая увязка положения забоя скважины. Как правило, данная информация необходима для определения интервалов отбора керна или проведения испытания скважины. Расчленение разреза скважин по данным каротажа может быть проведено двумя способами:

Расчленение на пласты с помощью прямых определений их параметров по результатам анализов образцов керна и шлама, поинтервальных гидродинамических исследований с контролем получаемых результатов по каротажу. При этом для каждого из выделенных пластов устанавливают его геофизические характеристики по данным всех примененных методов каротажа. Совокупность характеристик, свойственная пластам каждого литологического типа, используется для оценки их литологии по данным каротажа в скважинах, где отсутствуют прямые определения параметров пластов.
Расчленение непосредственно по данным каротажа с учетом связей между его показаниями и искомыми литологическими характеристиками пород.

Практически литологический характер пластов определяется обоими способами с максимальным использованием описаний и анализов керна, шлама и других геологических материалов. Керн предварительно увязывают с данными каротажа, с использованием границ пластов, литология которых надежно определена непосредственно по каротажу.

При изучении литологии пластов используют результаты исследования, проведённого всеми применяемыми геофизическими методами. Основными методами ГИС для литологического расчленения в песчано-глинистом разрезе являются: микрозонды, ПС и КС; дополнительными: ГК, НГК, АК, КВ. При расчленении карбонатного разреза основные методы – это КС, НГК и АК; дополнительные – ПС, ГК, КВ.

Окончательное заключение по стратиграфическому и литологическому расчленению исследуемого разреза скважины входит в результаты комплексной интерпретации данных ГИС.

3. Определение пористости пород по данным акустического каротажа

Зависимость между пористостью породы и временем пробега продольной волны по породе отвечает уравнению среднего времени Трудность использования этого уравнения заключается в сложности выбора основных параметров Δt_ж и Δt_м, изменяющихся от площади к площади в широких пределах. Величина Δt_м зависит от минералогического состава скелета породы и для конкретных типов отложений постоянна. В породах с мономинеральной твердой фазой Δt_м соответствует интервальному времени распространения упругих волн в породообразующем минерале (кварце, кальците, доломите и т. д.). На рис. 140, а показана зависимость k_п от Δt_п для однородных неглинистых пород с межзерновой пористостью.При содержании в скелете породы нескольких минералов, различающихся по своим упругим свойствам, Δt_м определяется как средняя взвешенная величина. Среднее значение скорости распространения волн в осадочных породах составляет 2500—4000 м/с (см. табл. 1).

Основные факторы, влияющие на скорость распространения упругих колебаний в горных породах: литолого-минералогический состав, поровое пространство, заполненное жидкостью, форма и размер пор, степень насыщения пор жидкостью или газом, степень цементации, текстурные и структурные особенности, разность горного и пластового давлений (эффективное давление) и др.

В ряде случаев необходимо определить интервальное время пробега упругой волны в минеральном скелете породы Δt_м для конкретного интервала геологического разреза. Это достигается сопоставлением интервального времени, отсчитанного по диаграмме акустического каротажа Δt, со значениями пористости k_п, определенными по керну или одним из геофизических методов. Полученные данные используются для нахождения по Δt параметра k_п (рис. 140, б).

Усредненная прямая, проведенная через нанесенные точки, отсекает на оси времен значение Δt_м при k_п=0. Если пористость по разрезу изменяется слабо, значение Δt_м определяют для каждого относительно однородного пласта:

где Δt_ж — время пробега упругой волны в жидкости, заполняющей поровое пространство породы.

Скорость распространения упругих колебаний в воде зависит от минерализации, температуры и давления и определяется с помощью номограммы (рис. 141). С повышением минерализации воды скорость увеличивается. Например, при росте минерализации воды от 0 до 200 г/л скорость распространения волн при 20 °С увеличивается от 1475 до 1700 м/с, т. е. на 18 %. При повышении температуры до 70 °С наблюдается заметное возрастание скорости распространения упругих волн: при дальнейшем увеличении температуры воды — тенденция к снижению скорости.

Скорость распространения упругих волн в нефти и газе меньше, чем в воде. Это объясняется в первую очередь большей по сравнению с водой сжимаемостью углеводородов. Так, скорость распространения волн в песке, полностью насыщенном нефтью, на 15—20% меньше, чем в песке, заполненном водой. В общем случае существуют зависимости v_P _вп>v_P _нп>v_P _гп и v_S _вп>v_S _нп>v_S _гп. Пределы изменения колеблются от 0 до 20%.

На практике в связи с наличием зоны проникновения в проницаемых пластах скорости распространения волн в нефтегазоносных или водоносных пластах различаются несущественно, поэтому независимо от характера насыщения проницаемых пород, вскрываемых скважиной, допускается, что скорость распространения волн в воде v_ж=1600 м/с.

С повышением давления происходит увеличение скорости распространения упругих волн. Например, в воде, находящейся под давлением около 60 МПа, скорость увеличивается на 7 % по сравнению со скоростью в воде, находящейся при атмосферном давлении. При низком давлении даже очень небольшое содержание газа в жидком заполнителе пор приводит к резкому уменьшению скорости распространения волн в пласте. С ростом давления наблюдается плавное увеличение скорости в породе, содержащей газ.

На скорость распространения упругих волн в породе большое влияние оказывает разность горного и пластового давлений (эффективное давление). С увеличением разности давлений скорость возрастает сначала быстро, а затем медленно, пока разность давлений не достигнет некоторого предельного значения. С глубиной разность горного и пластового давлений возрастает, что вызывает увеличение скорости распространения упругих волн. Уравнение среднего времени (V.7) считается справедливым для предельной разности давления 30—40 МПа, в общем случае соответствующей глубинам более 3000 м. Под влиянием эффективного давления происходит процесс сближения и переупаковки зерен, что обеспечивает взаимный контакт большинства зерен и ведет к постепенному увеличению скорости vn. Дальнейшее ее увеличение определяется контактной упругостью зерен и при давлении, превышающем предельное, растет очень медленно.

На скорость оказывает влияние и тип цемента, который принято делить на вязкий (глинистый) и жесткий (карбонатный, кварцевый и пр.). Увеличение количества жесткого цемента соответствует увеличению доли твердой фазы в единице объема среды, уменьшению пористости, росту модуля упругости и повышению скорости распространения волн. В случае увеличения объемной доли глинистого цемента, обладающего высокой сжимаемостью и пластичностью, наблюдается снижение объемного модуля упругости среды и скорости распространения упругих волн.

При значительной объемной глинистости породы для определения k_п используют обобщенное уравнение среднего времени для пород с любой глинистостью:

где Δt_гл — интервальное время глин, зависящее от характера распределения глинистого материала в породе (в агрегатном состоянии).

Скорость распространения упругих волн в значительной мере зависит от структуры и размера пор. Например, вертикальные трещины мало изменяют скорость в породе, в то время как горизонтальные трещины оказывают приблизительно такое же влияние, как межзерновая пористость. Каверны достаточно крупных размеров не оказывают влияние на скорость распространения упругих волн.

На рис. 142 приведены зависимости отношений поинтервальных времен Δt/Δt_м в пористой среде от k_п и отношения длины продольной волны λ к размеру пор d. Видно, что увеличение пористости ведет к снижению Δt, но при λ/d=8 продольная болна распространяется практически по скелету, не фиксируя поры больших размеров и каверн. Учитывая применяемые частоты излучателей используемой аппаратуры f=25÷30 кГц, что соответствует длине волны λ=10÷20см, можно считать, что данный эффект будет проявляться при размерах пор более 1,5—3 мм. Следовательно, k_{п. общ} породы с каверновой структурой порового пространства, оцененный по АК, будет заниженным.

Для большинства районов бурение скважин проводится на ПЖ с минерализацией 4—7 г/л. Для этих условий интервальное время в фильтрате Δt_ф = 610÷640 мкс/м при пластовой температуре Т=40÷100°С и давлении р = 20÷40 МПа. При высокоминерализованной промывочной жидкости t_п=t_ф=560 мкс/м.

Заключение

Проделав данную работу, я узнал что в акустическом каротаже различают (регистрируют) несколько типов волн:

Продольные волны связаны с деформациями объема твердой или жидкой среды, а поперечные с деформациями только твердой среды. Продольная волна представляет собой перемещение зон сжатия и растяжения вдоль луча, а поперечная - перемещение зон скольжения слоев относительно друг друга в направлении перпендикулярном лучу.

Продольные волны распространяются в 1,5-10 раз быстрее поперечных.

Упругие (акустические) волны, как и все прочие волны, характеризуются определенным набором свойств. К этим свойствам относят: частоту волны, длину волны, скорость и амплитуду (затухание).

Акустический каротаж (АК) основан на изучении характеристик упругих волн ультразвукового и звукового диапазона в горных породах. При АК в скважине возбуждаются упругие колебания, которые распространяются в ней и в окружающих породах и воспринимаются приемниками, расположенными в той же скважине.

Введение……………………………………………………………………3
1.Физическиеосновыакустического каротажа……………………………..…
2.Акустический каротаж по скорости и затуханию………………………….
3.Форма кривой при акустическом каротаже и определение границ пластов………………………………………………………………………….
4.Аппаратура акустического каротажа……………………………. …………
5.Вывод………………………………………………………………………..…..
Список использованной литературы

Файлы: 1 файл

Гуторов Акустический каротаж.docx

1.Физические основы акустического каротажа……………………………..…

2.Акустический каротаж по скорости и затуханию………………………….

3.Форма кривой при акустическом каротаже и определение границ пластов…………………………………………………………… …………….

4.Аппаратура акустического каротажа……………………………. …………

Список использованной литературы

Акустический каротаж (АК) основан на изучении полей упругих волн в скважинах и заключается в измерении скорости распространения упругих волн ультразвуковой (УЗ) частоты и их затухания.

Для АК обычно используются так называемые "трехэлементные" зонды, содержащие два излучателя и один приемник упругих волн или, наоборот, два приемника и один излучатель. Излучатели, как правило, магнитострикционного типа, приемники - пьезоэлектрического.

Излучатели периодически посылают пакеты из 3-4 периодов УЗ колебаний с частотой 10-75 кГц с колоколообразной формой огибающей. Частота посылки самих пакетов - 12,5-25,0 Гц.

Упругие импульсы от источников, пройдя через буровой раствор, возбуждают колебания в стенках скважины. Упругие колебания, попадающие на стенку скважины под углом полного внутреннего отражения, возбуждают в ней скользящую преломленную волну, которая распространяется со скоростью, присущей данной горной породе, достигает приемника. Затухание упругих волн зависит от состава горных пород, пористости и состава флюида в порах (в газе затухание - больше, чем в жидкости), а скорость их распространения - от состава и пористости.

Кроме пористости и характера насыщения, по АК может быть определено положение контактов и мощность пластов, отличающихся по своим акустическим свойствам.

1. Физические основы акустического каротажа

акустический каротаж горная порода звуковой пласт

B естественном залегании горные породы практически являются упругими телами. Если в элементарном объеме некоторой упругой среды в течение короткого времени действует внешняя возбуждающаяся сила, в среде возникают напряжения, вызывающие относительное перемещение частиц. Это ведет к возникновению двух типов: деформации объема (растяжения, сжатия) и деформации формы (сдвига). Процесс последовательного распространения деформации называется упругой сейсмической волной. Упругая волна, распространяясь во все стороны, захватывает все более удаленные области. Поверхность, отделяющая в данный момент времени область среды, в которой уже возникло колебание частиц, от той, где колебания еще не наблюдаются, называется фронтом волны.

Линии, нормальные к волновым поверхностям, носят название лучей. В однородной среде лучи прямолинейны, а в неоднородной они имеют криволинейную форму. Распространение фронта волны изучается при помощи известного в геометрической сейсмике принципа Гюйгенса—Френеля, согласно которому каждая точка фронта рассматривается как источник элементарных волн, а понятие луча связывают с направлением переноса энергии волны. Различают два типа волн — продольные Р и поперечные S

Рис.1. Прохождение волны через границу двух сред (а) и распространение упругих волн от расположенного в скважине импульсного сферического излучателя (б)

α — угол падения (угол между лучом падающей волны и перпендикуляром к границе раздела); а' — угол отражения; β — угол преломления (угол луча проходящей волны с перпендикуляром к границе раздела); v₁ и v₂ скорости распространения волн в средах I и II; фронты волн в последовательные моменты времени t₁ , t₂, … , t_n+2: 1 - падающей (прямой) P₁, 2 – проходящей P₁₂, 3 — головной P₁₂₁, 4 — отраженной P_11, 5 — ось скважины

Если упругая волна достигает границы раздела двух сред с различными упругими свойствами, часть энергии волны отражается - образуется отраженная волна, а часть проходит через границу - проходящая волна (рис. 1, а).

Отраженная волна возникает в том случае, если волновое сопротивление (произведение плотности на скорость) у одной среды, больше, чем у другой. Волна, проходящая через границу раздела, изменяет свое направление — луч преломляется. Из законов геометрической сейсмики следует, что

При v₂ v₁ приближается к ней и, начиная с некоторого критического угла падения i, удовлетворяющего условию sin i = v₁/v₂ , cскользит вдоль границы раздела, а угол преломления β становится равным 90°.

Начиная с критических точек, фронт проходящей волны двигается вдоль границы с постоянной скоростью v₂, в то время как скорость движения фронта падающей волны по границе становится меньшей v₂ и продолжает уменьшаться, стремясь, по мере увеличения угла падения, к значению истинной скорости в покрывающем слое, т. е. v₁. Фронт падающей волны продолжает возбуждать отраженную, но уже не вызывает проходящей волны. Наоборот, фронт проходящей волны, достигая последующих точек границы раньше, чем фронт падающей, порождает новую, так называемую преломленную (головную) волну.

Рассмотрим распространение упругих волн в скважине от сферического излучателя И, расположенного на оси скважины против пласта неограниченной мощности (см. рис. 1, 6). В момент t = 0 от излучателя поступает импульс упругих колебаний и начинает распространяться падающая продольная волна Р₁, обладающая сферическим фронтом. В момент t₁ фронт такой волны достигает стенки скважины, что вызывает возникновение вторичных волн — отраженной Р₁₁, проходящих продольной Р₁₂ (со скоростью v_p) и поперечной P₁S₂ (со скоростью v_s2), которая на рис. 1, б не показана (v_s2 v_p1. Проходящая волна Р₁₂, скользя вдоль границы раздела, ведет к образованию новой волны Р₁₂₁ — головной. Фронт этой волны имеет коническую поверхность, наибольший диаметр которой совпадает с диаметром скважины, а ось — с осью скважины. Головные волны, регистрируемые приемником, первыми проходят от источника импульса до приемника следующий путь: датчик импульсов — промывочная жидкость — порода — промывочная жидкость — приемник. Этот путь, сравнимый с путем головных (преломленных) волн в сейсморазведке, обозначен на рис. 1, б лучом Л. В течение некоторого времени t к приемнику последовательно приходят следующие волны: головная Р₁₂₁, проходящая поперечная Р₁S₁Р₁ и продольная прямая по раствору Р₁ со скоростью v_p, меньшей v_P2, и v_S2. Отраженные волны Р₁₁ обладают малой энергией и большим углом падения (α≈ 90°) и приемником не отмечаются. В действительности вследствие интерференции волн и отражений от границ пластов волновое поле имеет более сложный вид.

2. Акустический каротаж по скорости и затуханию

По типу регистрируемых акустических параметров различают акустический каротаж по скорости и затуханию. Основным зондом, применяемым в акустическом каротаже, является трехэлементный (рис. 2).

Рис. 2. Установка акустического каротажа (трехэлементный зонд)

И – излучатель, П1 и П2 – приемники, S – длина базы зонда

Трехэлементный зонд состоит из возбуждающего упругий импульс излучателя И и двух, расположенных на некотором расстоянии от него приемников П1 и П2, воспринимающих колебания.

Вместо двух приемников П1 и П2 могут быть установлены два излучателя И1 и И2. Излучатель соответственно заменяется приемником. При такой взаимной перемене мест излучателя и приемников сущность зонда сохраняется. Расстояние между приемниками П1 и П2 является характерной величиной – базой S; длине зонда L₃ соответствует расстояние от излучателя до ближайшего приемника.

В используемой при АК ультразвуковой установке излучатель посылает импульс колебаний, состоящие из трех-четырех периодов (6—8 фаз) с колокольной формой огибающей (см. рис. 3, а). Как видно, в некоторый момент времени t₀ частица приходит в движение. Первое отклонение ее от положения равновесия называют вступлением волны. Величины максимального отклонения называют амплитудами фаз волны, промежуток времени, разделяющий два соседних максимума или минимума, — видимым периодом волны Т. Преобладающей частотой волны является

График колебаний (волновой картины), воспринимаемых приемниками, изображен на рис. 3, б. На графике отмечены первое вступление (1), колебания продольной головной волны Р₁₂₁ (2), поперечной головной волны Р₁ S₂ Р₁ (3) и прямой Р_п, идущей по промывочной жидкости, трудно разделимых.

Рис. 3. Волновая картинка, полученная при записи упругих колебаний приемниками трехэлементного зонда

а - график колебаний продольной волны; б - I - запись ближним приемником; II - запись дальним приемником; III - марки времени (через 100 мкс); пластовая скорость распространения волны v_пл = 2700 м/с; расстояние между излучателем и приемником 1,36 м; расстояние между приемниками 1,16 м; 1 — отметка импульса; 2 — первое вступление головной продольной волны; 3 — поперечные колебания и волна, идущая по промывочной жидкости

Акустический каротаж по скорости основан на изучении скорости распространения упругих волн в горных породах, вскрываемых скважинами путем измерения интервального времени ∆t = (t₂ — t₁)/S [мкс/с]. На рис. 2 дано схематическое изображение изломанного луча, по которому колебания от излучателя через породу приходят к приемникам (путь волны). Время пробега ∆t упругой волны на единицу длины и ее скорость v_п определяются по разности времен вступления на втором и первом приемниках (t₂ — t₁).

Часть пути от излучателя до приемника возбужденная волна проходит по промывочной жидкости и глинистой корке. Эти отрезки пути одинаковы для каждого из приемников, вычитаются из времен вступления t₂ и t_1, что обеспечивает исключение влияния скважины при измерениях трехэлементным зондом. Влияние скважины возможно лишь в том случае, когда в интервале между приемниками резко изменяется диаметр скважины.

Разность путей, проходимых волной от излучателя до первого и второго приемников, равняется длине отрезка П1П2, т. е. базе зонда S. Из этого следует, что скорость распространения упругой волны

или время пробега на единицу длины в трехэлементном зонде

Скорость распространения упругой волны в пласте, определяемая при акустическом каротаже, называется пластовой, или интервальной.

Акустический каротаж по затуханию основан на изучении характеристик затухания упругих волн в породах, вскрываемых скважинами. Энергия упругой волны и амплитуда колебаний, наблюдаемых в той или иной точке, зависят от многих факторов. Основными из них являются: мощность излучателя, расстояние от него до данной точки и характер горных пород. В однородной среде при распространении волны со сферическим фронтом количество энергии, приходящейся на единицу объема, уменьшается пропорционально квадрату расстояния от рассматриваемой точки до излучателя; амплитуда колебаний уменьшается обратно пропорционально этому расстоянию.

В условиях скважины на величину затухания упругих колебаний сильное влияние оказывает неоднородность среды что ведет к ослаблению колебаний и снижению амплитуды волны. Поглощение упругих колебаний породой происходит вследствие необратимых процессов преобразования энергии колебаний в тепловую энергию, что приводит к уменьшению амплитуды принимаемых сигналов.

Способность горных пород к поглощению упругих колебаний (α_АК) оценивается при помощи акустического каротажа по интенсивности затухания амплитуды волны А. Затухание обусловлено в основном следующими причинами: поглощением вследствие неидеально упругой среды; расхождением энергии во все больший объем среды в результате расширения фронта волны при ее движении; рассеянием и дифракцией волн на неоднородностях среды и вследствие отражения и преломления на границах сред с различными скоростями распространения колебаний. На величину затухания упругих колебаний сильное влияние оказывают глинистость, характер насыщения, трещиноватость и кавернозность пород.

Измеренное ослабление продольной волны на единицу длины связано с амплитудами колебаний от ближнего А₁ и дальнего А₂ излучателей, регистрируемых приемниками глубинного прибора.

В результате поглощения энергии амплитуда всех волн на интервале l ослабляется в е -αАКl раз.

Амплитуда колебаний продольной волны, воспринимаемая приемником, измеряется в условных единицах, например в милливольтах. В некоторых случаях пользуются относительной амплитудой колебаний — отношением амплитуды А регистрируемой волны к наибольшему значению амплитуды против опорного пласта А_оп, т.е. А/ А_оп. За опорный пласт принимается мощный пласт плотных пород с наибольшей амплитудой А_оп.

Ослабление и затухание упругих колебаний особенно сильно проявляется при ультразвуковой частоте 15—35 кГц, используемой в акустическом каротаже. Коэффициент поглощения в интервале ультразвуковых частот для различных пород изменяется в широких пределах (от 0,05 до 2,5 м -1 ). Особенно заметное снижение энергии упругих колебаний наблюдается с удалением от излучателя.

Основной помехой при акустическом каротаже по затуханию является наличие акустического сопротивления при переходе упругой волны на границах: скважинный прибор — окружающие среда и промывочная жидкость — порода. Это сопротивление характеризуется сильной изменчивостью и оказывает значительней влияние на величины измерений, которые не поддаются учету. Для приема продольной головной волны в одинаковых условиях по всему разрезу глубинный прибор акустического каротажа необходимо строго центрировать в скважине или прижать к ее стенке.

Цель: рассмотреть акустический каротаж как один из методов решения задач геологии и геофизики.
Задачи: изучить физические основы метода, аппаратуру, способы интерпретации данных и оценить значение для геофизики в целом.

Содержание

ВВЕДЕНИЕ 4
ОБЬЕКТЫ И ЗАДАЧИ АК 5
I. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КАРОТАЖА 7
1.1 Излучение звука в скважине 9
1.2 Плоские волны 12
1.3 Сферические волны 14
II. АППАРАТУРА АКУСТИЧЕСКОГО КАРОТАЖА 17
2.1 Станция ЛАК 18
2.2 Станция АСКУ 19
2.3 Аппаратура волнового акустического каротажа ВАК-8 21
III. Обработка результатов измерений 24
3.1 Интерпретатор ГИС 24
3.2 Редактор ВАК 25
3.3 ГидраТест 26
IV. Определение коллекторских свойств пород методом акустического каротажа 28
4.1 Определение пористости по данным АК 30
4.2 Определение Кп по уравнению среднего времени 30
4.3 Определение процентного состава сложного пористого агрегата 32
4.4 Определение водонасыщенности 32
4.5 Определение типа заполнителя пор и границ продуктивных пластов 33
4.6 Выявление коллекторов нефти, газа и зон трещиноватости по АК затухания 33
4.7 Определение внутрипоровой жидкости коллектора 35
4.8 Оценка фильтрационных свойств коллекторов 36
4.9 Акустический каротаж цементного кольца 37
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 40
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 41

Работа содержит 1 файл

Петрофизика реферат 2 курс Глотов АА.docx

Министерство образования и науки РФ

студент II курса

Некрасов Александр Сергеевич

профессор кафедры геофизики ПГНИУ

ОБЬЕКТЫ И ЗАДАЧИ АК 5

I. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КАРОТАЖА 7

1.1 Излучение звука в скважине 9

1.2 Плоские волны 12

1.3 Сферические волны 14

II. АППАРАТУРА АКУСТИЧЕСКОГО КАРОТАЖА 17

2.1 Станция ЛАК 18

2.2 Станция АСКУ 19

2.3 Аппаратура волнового акустического каротажа ВАК-8 21

III. Обработка результатов измерений 24

3.1 Интерпретатор ГИС 24

3.2 Редактор ВАК 25

3.3 ГидраТест 26

IV. Определение коллекторских свойств пород методом акустического каротажа 28

4.1 Определение пористости по данным АК 30

4.2 Определение Кп по уравнению среднего времени 30

4.3 Определение процентного состава сложного пористого агрегата 32

4.4 Определение водонасыщенности 32

4.5 Определение типа заполнителя пор и границ продуктивных пластов 33

4.6 Выявление коллекторов нефти, газа и зон трещиноватости по АК затухания 33

4.7 Определение внутрипоровой жидкости коллектора 35

4.8 Оценка фильтрационных свойств коллекторов 36

4.9 Акустический каротаж цементного кольца 37

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 41

Цель: рассмотреть акустический каротаж как один из методов решения задач геологии и геофизики.

Задачи: изучить физические основы метода, аппаратуру, способы интерпретации данных и оценить значение для геофизики в целом.

ОБЬЕКТЫ И ЗАДАЧИ АК

Существует ряд значимых задач акустического каротажа, требующих точного решения, например, параметризация данных сейсмических исследований, литологическое расчленение разреза, периодический контроль состояния цемента за колонами при эксплуатации скважин.

Максимальную эффективность добычи нефти и газа, экологическую безопасность разрабатываемых месторождений обеспечивает надежная гидродинамическая изоляция затрубья нефтегазовых скважин, что достигается в первую очередь высоким качеством их цементирования. Эффективность акустических методов для контроля качества цементирования нефтегазовых скважин и состояния цементного камня обоснованна работами Б.И. Крипченко; П.А. Прямова; М.А. Сулейманова, Г.М. Перцева, А.М. Маломожнова, В.Н. Служаева и др. [1]

Разведочным бурением и испытанием мощных низкопористых толщ установлена перспективность разработки месторождений с низкопористыми сложно построенными и трещинными коллекторами. Благодаря трещиноватости, пронизывающей толщи пород, эти месторождения обладают зачастую аномально высокими добычными характеристиками. Пример успешной разработки низкопористых залежей нефти – Уньвинское месторождение, открытое в 1981 году. Выявить низкопористые коллекторы стандартным комплексом геофизических исследований скважин затруднительно. Южной опытно-методической партии (г. Душанбе), выполненных в 80-х годах XX века, установлена возможность выделения сложнопостроенных коллекторов и изучения их строения методами акустического широкополосного каротажа (АКШ), акустического телевизора, каротажа по полной энергии волнового сигнала. Но реализовать потенциал этих методов возможно только применением цифровой регистрации и обработки волновых сигналов акустического каротажа и данных акустического телевизора. [1]

Владение программными средствами обработки волновых сигналов (ВС) позволило реализовать современные технологии выявления низкопористых трещенных и сложнопостроенных коллекторов, контроля качества и глубины щелевой гидропескоструйной перфорации и другие.

Свободное управление характеристиками программно-управляемых регистраторов ВС, использование возможности разработанных программных средств позволили создать новые виды акустических исследований, например, как глубинное акустическое зондирование подскважинного и околоскважинного пространства, реализовать межскваженное прозвучивание и др.

Одним из ведущих методов изучения разрезов скважин является акустический метод, основанный на измерении параметров упругого волнового поля в скважине на малых фиксированных базах (0,1-10 м) в звуковом (0,5-20 кГц) и ультрозвуковом (25 кГц-2 мГц) диапозонах частот.[2] Метод предназначее для непосредственного изучения акустических параметров волнового поля горных пород, пересеченных скважинами, а так же для изучения характеристик акустических сигналов, связанными с различными неоднородностями, возникающими в затрубном пространстве скважин. Акустичкские параметры горных пород функционально связанны с их физико-механическими свойствами, пористостью, структурными особенностями и характером насышения.

Метод акустического каротажа в настоящее время широко используется в различных областях геофизических исследований — сейсмической разведке, разведочной и промысловой геофизике, инженерных изысканиях.

Сущность акустического каротажа сводится к возбуждению в скважине упругих колебаний, которые распространяются по горным породам и принимаются одним или более приемниками, расположенными в той же скважине. Зная расстояние между приемниками (базу), по времени прихода первых вступлений определяют скорость распространения упругих колебаний. Конструктивно излучатель и приемники объединены в одном скважинном снаряде, перемещаемом по скважине. Обычно упругие колебания звукового или ультразвукового диапазона частот возбуждаются в виде импульсов конечной длительности, частота следования которых связана со скоростью перемещения снаряда. Суммируя данные о скоростях в отдельных точках, получают скоростной разрез вдоль всей скважины.

В настоящее время помимо кинематических параметров упругих волн, возбужденных в скважине, изучается и динамика их. По типу регистрируемых параметров и основным целям и назначению можно выделить три основные модификации акустического каротажа:

а) непрерывный, или точечный, АК для детального изучения скоростных характеристик пород, вскрытых скважинами;

б) АК по затуханию упругих волн для определения поглощения, зон трещиноватости и т. п.;

в) АК цементного кольца для контроля технического состояния скважин. Более подробно особенности каждой из этих модификаций будут рассмотрены ниже.

Буровая скважина с помещенным в нее акустическим зондом, с неоднородными стенками и буровым раствором является более сложной системой, чем те идеализированные модели, для которых исследованы решения волновых уравнений. Помимо этого, излучаемый импульс при акустическом каротаже обычно имеет сложный спектральный состав. Волновой фронт импульса в непосредственной близости от излучающего элемента также не является ни плоским, ни сферическим. Все это вместе взятое значительно усложняет задачу теоретического рассмотрения волновых процессов в скважине.

Однако для правильной интерпретации данных АК, оценки его возможностей и в особенности для конструктивных расчетов акустических зондов полезно привести некоторые сведения из теории распространения упругих волн, пусть даже в идеализированных системах, указав, в чем состоит эта идеализация.

Излучение звука в скважине

На рис. 1 схематично изображены три типа излучателей: цилиндрический, плоский (могут быть магнитострикционными, индукционными или пьезокерамическими) и точечный (например, электрогидравлический). Два первых излучателя (а и б) могут

Рис. 1. Схематическое изображение трех типов излучателей.

а — цилиндрический, б — плоский, в — точечный.

1 — излучатели (стрелками показано направление излучения); 2 — цилиндрическая оболочка, заполненная жидкостью;3— буровой раствор; 4 — стенки скважин; 5 — электрические проводники; р-с. — волновое сопротивление среды.

не иметь защитной цилиндрической оболочки 2, т. е. будут соприкасаться излучающей поверхностью непосредственно с жидкостью, заполняющей скважину. В системах, изображенных на рис. 1, излучающей поверхностью является оболочка 2, возбуждаемая цилиндром (а) или плоским излучателем (б), эквивалентным сектору цилиндра, или точечным излучателем (в). При акустическом каротаже обычно применяются частоты

10—75 кГц, длины волн соответственно составляют 15—2 см при возбуждении в воде (буровом растворе), заполняющей скважину. Отношение преобладающих длин волн к периметру скважины может меняться от 0,01 до 0,5.[1]

Для выяснения физической сущности метода акустического каротажа рассмотрим в общих чертах особенности распространения звуковых колебаний сначала без учета влияния защитных оболочек и в безграничной однородной среде.

Воздействие внешних сил на некоторую область упругой среды приводит к смещению частиц и местному изменению объема. В силу действия закона неразрывности возникшая деформация передается соседним частицам, также отклоняющимся от равновесного состояния с некоторым запаздыванием. Изменение объема частиц приводит к изменению плотности и давления в среде.

Обычно в акустике рассматривают малые изменения объема среды, когда относительное изменение плотности может быть принято численно равным относительному изменению объема. Это равенство нарушается в ближней зоне источников возбуждения, однако при достаточном удалении оно выполняется, и, с известной степенью приближения, могут быть применены математический аппарат и выводы линейной акустики.

Смещение частиц и связанное с этим изменение давления происходят в определенных направлениях с образованием по принципу Гюйгенса — Френеля фронта волны, все частицы которого имеют синфазное смещение.

В безграничной и идеальной жидкости (т.е все касательные напряжения равны нулю, а движение жидкости рассматривается как адиабатическое) акустическое поле полностью может быть описано уравнениями:

где р — давление сил упругости, называемое акустическим давлением,
скалярная функция, являющаяся потенциалом скорости; -колебательная скорость; ; — плотность жидкости; К— модуль объемной упругости, имеющий размерность давления.

Уравнение (1.1) с известными и можно преобразовать к одному уравнению, содержащему только одну неизвестную [2]

где ; — оператор Лапласа, для декартовой системы координат х, у, z

Акустическое поле, описываемое уравнением (1.2), является безвихревым, так как.

Для реальных жидкостей, обладающих вязкостью и теплопроводностью, волновое уравнение для потенциала скоростей имеетвид [2]:

Где — кинематическая вязкость; ( — динамическая вязкость. Для упругой изотропной и однородной среды уравнение движения может быть получено в векторном виде:

где — вектор смещения; — относительное изменение объема.

Для декартовой системы координат

Анализ уравнения (1.4) показывает, что оно описывает распространение двух типов колебаний [2]: продольных ср, связанных с объемным расширением в твердой среде, и поперечных св, связанных с вращением, распространяющихся в безграничной упругой изотропной среде со скоростями

При рассмотрении деформации растяжения обычно вводят понятие коэффициента растяжения, обратная величина которого называется модулем Юнга (Е),

Отношение продольного сжатия к поперечному растяжению называется коэффициентом Пуассона (),

Из уравнений (1.7) и (1.8) легко получить следующие соотношения:

Рассмотрим решения волновых уравнений для трех случаев распространения упругих волн в пространстве, которые могут наблюдаться при различных конструкциях приемных и излучающих систем при АК:

1. Плоские волны — распределение давления, скорости и плотности зависит только от одной координаты.

2. Сферические волны — распределение давления, скорости и плотности зависит от расстояния до центра источника, а поле упругих волн обладает сферической симметрией.

Читайте также: