Акустический метод при поиске и разведке нефти и газа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

Введение ………………………………………………………………………. . 4

1 Физические основы акустических методов………………………………. 5-6

1.1 Акустический  каротаж по скорости……………………………... .7-8

1.2Акустический  каротаж по затуханию……………………………. 9-10

2 Зондовая установка ……………………………………………………….11-13

2.1Выбор оптимальной длины зонда АК……………………………….14

2.2Применяемая аппаратура и оборудование………………………15-18

3Форма кривой при акустическом каротаже, определение границ пласта19-20

3.1Кривые  ультразвукового метода……………………………….…21-22

4 Области применения метода  и решаемые им геологические  задачи……....23

Заключение………………………………………………………………….……24

Список использованной литературы…………………………………………...25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Геофизика — комплекс наук, исследующих физическими методами строение Земли. Геофизика в широком смысле изучает физику твёрдой Земли (земную кору, мантию, жидкое внешнее и твёрдое внутреннее ядро), физику океанов, поверхностных вод суши (озёр, рек, льдов) и подземных вод, а также физику атмосферы (метеорологию, климатологию ,аэрономию).

     Геофизические методы исследования скважин - один из разделов прикладной геофизики .Они применяются для решения геологических и технических задач, связанных с поисками ,разведкой и разработкой месторождений полезных ископаемых, а также с изучением гидрогеологических и других особенностей исследуемых районов.

     Исследования скважин геофизическими методами осуществляется в следующих четырех основных направлениях : 1)изучение геологических разрезов скважин; 2) изучение технического состояния скважин; 3)контроль за разработкой месторождений нефти и газа; 4)проведение  прострелочных, взрывных и других работ в скважинах, выполняемых геофизической службой.

Изучение  геологических разрезов скважин  – наиболее важное направление При  этом используется электрические , магнитные, радиоактивные, термические ,акустические ,механические, геохимические и другие методы.

При геофизических  исследованиях скважин регистрируются диаграммы или производятся точечные измерения различных физических параметров : кажущегося электрического сопротивления, потенциалов собственной  и вызванной поляризации пород , силы тока , сопротивления заземления, электродных потенциалов , интенсивности  гамма излучения, плотности тепловых и  надтепловых нейтронов, температуры , напряженности магнитного поля , скорости и времени распространения упругих  колебаний , продолжительности бурения  и другие

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Физические основы акустических методов

Акустическим  каротажем (АК) называют методы изучения свойств горных пород по измерениям в скважине характеристик упругих  волн ультразвуковой (выше 20 кГц) и звуковой частоты. При АК в скважине возбуждаются упругие колебания, которые распространяются в ней и в окружающих породах  и воспринимаются приемниками, расположенными в той же скважине.

По типу регистрируемых параметров выделяют следующие  основные модификации акустического  каротажа: акустический каротаж по скорости; акустический каротаж по затуханию; волновой акустический каротаж  и др. Каротажи по скорости и затуханию  составляют стандартный АК и проводятся обычно одновременно.

В естественном залегании горные породы практически  являются упругими телами. Если в элементарном объеме некоторой упругой среды  в течение короткого времени  действует внешняя возбуждающая сила, в среде возникают напряжения, вызывающие относительное перемещение  ее частиц. В общем случае это  ведет к возникновению двух типов  деформаций: объема (растяжения, сжатия) и формы (сдвига). Колебательный процесс  последовательного распространения  деформации называется упругой сейсмической волной, он характеризуется длиной волны λ, равной расстоянию между точками, колеблющимися в одинаковой фазе.

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 имеют криволинейную  форму.

Различают два типа волн — продольные Р  и поперечные S.

Продольные  волны связаны с деформацией  объема среды. Распространение продольной волны представляет собой перемещение  зон растяжения и сжатия, при котором  частицы среды совершают колебания  около своего первоначального положения  в направлении, совпадающем с  направлением распространения волны. Поперечные волны обусловлены деформациями формы среды и могут существовать только в твердых телах. Распространение  поперечной волны представляет собой  перемещение зоны скольжения слоев  среды друг относительно друга: частицы  среды совершают колебания около  своего первоначального положения  в плоскости, перпендикулярной к  направлению распространения волны(рис.1)

 

 

Рисунок 1.Схематическое изображение акустического  поля.

а)распространение  продольных волн; б)распространение  поперечных волн; в) волновая картина; А- амплитуда; Т- период волны ;φ –  фаза волны;  t- время.

 

Важными кинематическими параметрами упругих  волн являются скорость их распространения  по лучу v (в м/с), длина волны λ=v/f, где f — частота колебаний волны  в Гц, f = 1/T, Т — видимый период волны. Условия распространения  волны зависят от длины волны  λ. Так, продольные и поперечные волны  могут распространяться в телах, геометрические размеры которых  превышают λ не менее чем в 3 раза.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.1 Акустический  каротаж по скорости

АК по скорости — акустический каротаж, основанный на изучении скорости распространения  упругих волн в породах путем  измерения интервала времени. На рис. 2, дано схематическое изображение изломанного луча, по которому колебания от излучателя через породу приходят к приемникам (путь волны). При этом время пробега волны определяется по разности времен вступления в приемники П₂ и П₁ соответственно t₂ и t₁.

Рисунок 2: Распространение упругих волн от расположенного в скважине импульсного  сферического излучателя.

 

Часть пути от излучателя до приемника продольная волна проходит по промывочной жидкости и глинистой корке. Эти отрезки  пути одинаковы для каждого приемника, что при вычитании времен вступления обеспечивает исключение влияния скважины при измерениях трехэлементным зондом. В связи с этим на показания  акустического каротажа по скорости не оказывают влияние основные свойства промывочной жидкости (минерализация, плотность и др.), что является одним из важных преимуществ метода.

Таким образом, разность путей, проходимых волной от излучателя до первого и второго  приемников в трехэлементном зонде, равняется длине отрезка П₁П₂,т. е. базе зонда S. Из этого следует, что скорость распространения упругой волны в однородном пласте, определяемая при АК (в м/с) и называемая пластовой.

V_п=S/ (t₂- t₁)

Соответственно  интервальное время — время распространения (в мкс/м) упругой волны в среде  на расстояние 1 м

 

 

Δt=1/ V_п=(t₂- t₁)/S

 

При АК зависимость  скорости распространения упругих  волн (или интервального времени  Δt) от пористости породы представляет наибольший интерес.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2Акустический  каротаж по затуханию

Этот  вид АК основан на изучении характеристик  затухания упругих волн. Упругие  колебания ультразвуковой частоты (десятки килогерц) при прохождении  через горную породу заметно ослабляются (затухают). Поглощение упругих колебаний  породой происходит вследствие необратимых  процессов преобразования энергии  колебаний в тепловую энергию, что  приводит к уменьшению амплитуды  принимаемых сигналов.

Затухание обусловлено в основном следующими причинами: поглощением вследствие неидеально упругой среды; распространением энергии во все больший объем  среды в результате расширения фронта волны при ее движении; рассеянием и дифракцией волн на неоднородностях  среды и вследствие многократных отражений и преломлений на границах сред с различными скоростями распространения  колебаний. Этим объясняется сильное  влияние на затухание упругих  колебаний глинистости, трещиноватости, кавернозности пород и характера  их насыщения. Амплитуда А упругих  колебаний связана с расстоянием  S, пройденным волной экспоненциально:

 

A=A₀exp(-a_AKS)

 

где А₀ — амплитуда упругих колебаний вблизи источника возбуждения.

 

Коэффициент поглощения упругих волн характеризует интенсивность поглощения энергии волн в среде и определяется по формуле

 

a_AK=ln(A₁ /A₂)/S

 

где А₁ и А₂— амплитуды волн, регистрируемые приемниками П₁ и П₂, расположенными на расстоянии S друг от друга.

 

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 Аоп. За опорный пласт принимают мощный пласт плотных пород с наибольшей амплитудой Аоп.

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.

Поглощающие свойства пород связаны с литологией еще более тесно, чем скорость распространения упругих волн. Интенсивность  поглощения породой упругих колебаний зависит также от состава флюида, заполняющего поровое пространство, что приводит к следующим соотношениям коэффициентов поглощения для водо-, нефте- и газонасыщенных пластов: α_Sвп>α_Sнп>α_Sгп и α_Рвп<α_Рнп<α_Ргп. В зависимости от насыщения пор разными флюидами показания α для пород с Kп = 20% могут различаться в несколько раз независимо от минерализации воды [5]. Наибольшее затухание претерпевают упругие волны в трещиноватых и кавернозных породах. В связи с этим акустический каротаж по затуханию весьма эффективен при изучении разреза скважин, вскрывающих карбонатные породы.

Основная  помеха при применении акустического  каротажа по затуханию — наличие  акустического сопротивления на границах скважинный прибор — окружающая среда и промывочная жидкость — порода. Это сопротивление характеризуется  сильной изменчивостью и оказывает  значительное влияние на измерения, которое не поддается учету.

Для приема продольной головной волны в одинаковых условиях по всему разрезу глубинный  прибор акустического каротажа необходимо строго центрировать в скважине или  прижимать к ее стенке. При этом следует учитывать, что участки  пластов, прилегающие к стенке скважины и включающие интервалы дробления  и повышенной трещиноватости, на диаграммах АК отмечаются аномально низкой интервальной скоростью (высоким интервальным временем) и высоким затуханием колебаний. Такую же характеристику имеют и  нефтегазоносные пласты.

Результаты  сопоставления акустических разрезов соседних скважин в комплексе  с другими геофизическими материалами  дают дополнительные сведения для однозначного решения вопроса о природе  коллекторов и характере их насыщения.

Одна  из основных задач акустического  каротажа — изучение связи между  литологическими и акустическими  свойствами пород для уточнения  их коллекторских свойств и характера  насыщения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Зондовая  установка

Для акустического  каротажа применяют трех-, четырех-, шести- и многоэлементные зонды. Трехэлементный зонд содержит один приемник П и два сближенных излучателя И₁ и И₂ или (по принципу взаимности) один излучатель И и два сближенных приемника П₁ и П₂. Расстояние между излучателем и ближним приемником соответствует длине зонда L. Расстояние между двумя приемниками или излучателями в трехэлементном зонде АК является базой S. Точка записи соответствует середине базы зонда (рис.3). Четырех- и шестиэлементный зонды представляют собой симметричные комбинации из двух трехэлементных зондов, что обеспечивает реализацию встречной системы наблюдений. Многоэлементные зонды содержат один или два излучателя и набор приемников, удаленных от излучателей на различные расстояния, что позволяет составлять из них два и более трех-, четырех- или шестиэлементных зондов с различными длинами и базами.

 

Рисунок 3. а) Схема измерении при АК б)  схема записи акустических сигналов в виде волновых картин в) схема фазокорреляционных диаграмм

 

Каротажный  зонд (скважинный прибор) связан кабелем  с наземными блоками станции  АК, которые обычно выполняют функции  усиления и фильтрации сигналов, а  также их обработки, регистрации  измеряемых данных и питания электроэнергией  всей станции в целом.