Акустический каротаж

 

 

 

3. Форма кривой при акустическом каротаже и определение границ пластов

 

При акустическом каротаже измеряется скорость распространения  упругих волн в породе в интервале  базы зонда. Породы, залегающие за пределами  базы, не влияют на измеряемые величины. Рассмотрим форму кривых АК для одиночных  пластов различной мощности, размещенных  в однородной вмещающей среде. Кривые получены для трехэлементного зонда, точка записи отнесена к середине его базы S.

Мощный  пласт (h>S) характеризуется симметричной аномалией. Ширина аномалии между точками отхода (точки отклонения от вмещающей среды) равна сумме мощности пласта и базы зонда (h + S). Вертикальный участок характеризует истинное время пробега волны. Для пласта с пониженной скоростью распространения колебаний аномалия времени ∆t будет положительной (рис. 4, а).

 

Рис. 4. Кривые интервального времени для пластов различной мощности

а – мощный пласт (h>S); б – тонкий пласт (h<S); 1- известняк; 2 – глина; 3 – ось  скважины

 

Тонкий  пласт (h<=S) в однородной толще характеризуется  симметричной аномалией. Если мощность пласта h=S, кривая имеет симметричную форму и значение ∆t в максимуме (минимуме) дает представление об истинной пластовой скорости. Для тонких пластов h<S измеренная скорость v_k меньше их истинной скорости v_k. В этом случае

1/ v_k = h/S v_пл + (S-h) / S v_вм,

или

∆t_k = h/S∆t_п + (1-h/S) ∆t_вм,

 

где v_вм – скорость распространения колебаний во вмещающих породах. Ширина аномалии между точками отхода равна h+S (см. рис. 4, б).

На рис. 5 приведена фактическая кривая АК; как видно, повышение глинистости ведет к увеличению ∆t и коэффициента поглощения α_АК, ослаблению амплитуд продольных головных волн (интервал 1706-1724 м).

 

Рис. 5. Влияние глинистости пород на затухание упругих волн

1- песчаник; 2 – глины; 3 – песчаная глина; 4 - известняк

 

Трещинные и трещинно-кавернозные коллекторы выделяются среди гранулярных неглинистых  пород, также как и глинистые, по уменьшению амплитуд А и увеличению α_АК.

Расстояние  между приемниками (база S) характеризует  разрешающую способность зонда. Чем меньше база, тем более тонкие слои могут быть выделены на диаграмме  АК. Однако уменьшение базы ведет к  снижению точности измерений. На практике база устанавливается меньше мощности самого тонкого из интересующих нас  слоев. При выборе длины зонда  руководствуются тем, чтобы зона проникновения как можно меньше влияла на результаты определения скорости распространения волн в неизмененной части пласта. Это достигается  увеличением длины зонда, учитывая, что при длинных зондах происходит снижение дифференцированности кривой.

Расстояния  от излучателя до приемника L₃ и между приемниками S должны быть выбраны с учетом мощности источника для обеспечения уверенного выделения преломленных волн первого вступления и точности приема сигналов, поступающих от ближнего и дальнего излучателей.

В практике применяются трехэлементный зонд И₂0,5И₁1,5П и эквивалентный ему зонд П₂0,5П₁1,5И (расстояние между элементами выражено метрах).

Данные  акустического каротажа в комплексе  с другими геофизическими методами дают возможность определить пористость пород; выделять зоны трещиноватости и кавернозности в карбонатном разрезе; уточнить литологию разреза; получить сведения о техническом состоянии скважин (высоте подъема цементного кольца в затрубном пространстве и качестве цементации скважин); вычислить средние и пластовые скорости распространения упругих колебаний, используемых при интерпретации данных сейсморазведки. Располагая диаграммами акустического каротажа, можно сократить объем экспериментальных сейсмических исследований в районе проведения сейсморазведочных работ с целью выделения отражающих горизонтов и оценки качества отражении.

 

4. Аппаратура акустического каротажа

 

Упрощенная  блок-схема аппаратуры акустического  каротажа для трехэлементного зонда  ИП₁П₂ показана на рис 6. Схема рассчитана на непрерывную регистрацию - кривой изменения интервального времени ∆t или скорости распространения упругой волны v с глубиной.  Импульсный генератор ИГ периодически (с частотой в 10-25 Гц) посылает импульсы электрического тока в обмотку излучателя И. Излучатель колебаний состоит из магнитострикционного вибратора (сердечника из никеля или другого сплава) с высоким коэффициентом магнитострикции, на который наложена обмотка. Расширение сплава при намагничивании электрическим током, подаваемым через обмотку, создает импульсы упругих (ультразвуковых) колебаний, приводящих к деформации окружающей среды и образованию в ней упругой волны.

Излучатель  и приемники разделены между  собой акустическими изоляторами  Из1 и Из2, состоящими из звукопоглощающего материала. Этим исключается возможность поступления упругой волны по скважинному прибору. В приемниках П1 и П2, воспринимаемых колебания, используется пьезоэлектрический эффект цирконата титаната свинца (ЦТС-19) или керамика титаната бария (ВаTiO₃).

 

Рис. 6. Блок-схема аппаратуры акустического каротажа для непрерывной регистрации скорости и блок-схема аппаратуры СПАК-4

 

Импульсы, воспринимаемые приемниками, преобразуются  в электрические сигналы, которые  поступают на усилители У1 и У J и затем на вход электронной схемы, размещенной в скважном приборе (ЭС, С) и на поверхности ЭСП. Электронная схема представляет собой счетно-решающее устройство, предназначенное для счета времени. В момент вступления головной волны в приемник П1 (ближайший от излучателя) электронная схема начинает вести счет времени, при достижении волной приемника П2 от него поступает сигнал, приостанавливающий счет времени. Время между сигналами преобразуется на выходе электронной схемы в электрическое напряжение, пропорциональное осреднению за несколько импульсов времени пробега упругой волны между приемниками. Напряжение с выхода поступает на регистрирующий прибор РП, записывающий диаграмму акустического каротажа. Аппаратура эталонируется с таким расчетом, чтобы по полученным кривым можно было непосредственно отсчитать интервальное время ∆t (в мкс/м) или скорость v (в м/с). Контроль над работой схемы осуществляется осциллоскопом Ос. Для питания наземной и скважинной аппаратуры служит схема ИП.

В настоящее  время для изучения разрезов необсаженных скважин акустическим каротажем применяются различные типы аппаратуры. Наиболее широкое распространение получила аппаратура типа СПАК-4. С помощью этой аппаратуры обычным каротажным регистратором записываются диаграммы изменения с глубиной следующих параметров: времен (в мкс) распространения продольной волны от излучателя до первого t₁ и второго t₂ приемников, времени пробега продольной волны на единицу длины (интервального времени)

 

∆t = (t₂—t₁)/S

 

 

(в мкс/м), амплитуды волн, пришедших от первого А₁ и второго А₂ излучателей,. регистрируемых в произвольных единицах (в мВ или В), отношения амплитуд в логарифмическом масштабе

 

lg А₁/А₂ = lg A₁— lg A₂,

 

ослабления  продольной волны на единицу длины  α_АК (в дБ/м или м^-1).

В аппаратуре СПАК используется трехэлементный зонд с двумя излучателями и одним приемником, обозначаемый сверху вниз — И₂0,5И₁1,5П. Расстояния между излучателями и приемником даны в метрах.

Рассматриваемая аппаратура (рис. 6) состоит из скважинного прибора и двух наземных пультов. Скважинный прибор состоит из генераторного и измерительного блоков и зонда, расположенного между ними. Акустический зонд П1,5И₁0,5И₂ трехэлементный с двумя магнитострикционными излучателями И1 и И2 с собственной частотой 25 кГц и одним пьезокерамическим приемником П с такой же собственной частотой колебаний 25 кГц (база зонда 0,5 м, длина 1,5 м). Между излучателями, излучателем и приемником установлены акустические изоляторы, выполненные в виде трубы, в стенке которой в шахматном порядке прорезаны окна, заполненные резиной. Упругая волна после многократных отражений затухает. Аппаратурные блоки и зонд помещены в герметичные кожухи, покрытые снаружи резиной для уменьшения акустических шумов от трения о раствор и стенки скважины. Прибор снабжен двумя центрирующими рессорными фонарями, также обрезиненными. Наземные пульты, из которых один содержит блоки измерения времен ВБ, а другой — блоки измерения амплитуд АБ, устанавливаются в аппаратурном стенде каротажной станции. Там же установлен унифицированный выпрямитель УВК-2, осуществляющий питание аппаратуры СПАК-4 от промышленной сети.

Скважинный  прибор питается с поверхности переменным током промышленной частоты (50 Гц). При  помощи формирующего устройства Ч синусоидальное напряжение данной частоты преобразуется  в разнополярные прямоугольные импульсы с частотой 25 Гц. Полученные импульсы управляют коммутатором К, имеющим два выхода к генераторам Г1 и Г2, которые запускаются только положительными импульсами. Соответственно частота срабатывания каждого генератора равна 12,5 Гц. Выходные сигналы коммутатора, питающие обмотки магнитострикционных излучателей И1 и И2, сдвинуты друг относительно друга на 180° и поочередно запускают генераторы токовых импульсов Г1 и Г2. Импульсы упругих колебаний, полученных от излучателей И1 и И2, поступают в приемник П, где преобразуются в электрические сигналы, которые посде усиления усилителем У передаются через фильтр Ф по жиле кабеля на поверхность к блокам временному ВБ и амплитудному АБ.

Одновременно  с этими сигналами подаются на кабель синхроимпульсы от генераторов Г1 и Г2, отмечающие моменты их срабатывания. Сигналы синхроимпульсов, поступающие от ближнего и дальнего излучателей, имеют для распознавания разную полярность. Временной блок ВБ служит для измерения времен распространения t₁ и t₂ и интервального времени

 

∆t = (t₂ — t₁);

 

амплитудный блок — для измерения амплитуд А1 и А2 и lg(A1/A2). Замеренные параметры регистрируются фоторегистратором РП каротажной станции. Комплект аппаратуры станции СПАК-4 содержит катодный осциллограф КО, на экране которого можно наблюдать импульс, фиксирующий момент срабатывания излучателей, полный сигнал, поступающий от приемника, с метками моментов срабатывания схемы измерения времен t₁ и t₂.

После спуска прибора в скважину наземные пульты подключаются к каротажному осциллографу для регулировки и калибровки каналов и установки масштаба записи кривых времен и амплитуд. Схема калибровки рассчитана на получение следующих стандарт-сигналов: для ∆t = 50, 100, 250 мкс, t₁ = 200, 600, 900 мкс, t₂ = 250, 700, 1150 мкс. Запись ∆t производят двумя гальванометрами с отношением чувствительностей 1 : 2, a t₁ и t₂ — по одному гальванометру. Установка масштаба производится по отклонению блика основного гальванометра

 

l = Ucc/Sn, где Ucc

 

– значение стандарт-сигнала (в мкс); S=0,5 м – база зонда; n – масштаб записи (в мкс/(м*см)).

Масштабы  записи кривых t₁ и t₂ градуируются в мкс на 1 см, ∆t — мкс/м на 1 см шкалы. Для карбонатного разреза масштаб записи принимают равным 10 мкс/(м*см), для песчано-глинистого 20 мкс/(м*см). Масштаб записи А1 и А2 выбирают в пределах 0,5—2 В/см; коэффициент затухания

 

α = (1/S) 20 lg A1/A2

 

регистрируют в масштабе 2 или 4 дБ/(м*см).

Аппаратура  СПАК-4 рассчитана на работу с одножильным  каротажным кабелем длиной до 7500 м  в скважинах и диаметром от 130 до 300 мм при максимальной температуре  до 200 °С и давлении 100 МПа. Допускаемая погрешность измерения интервального времени 1,5—3 %, амплитуд А1 и А2 до 10—20 %. Наличие каверн в скважине снижает точность измерений.

Акустический  каротаж проводится со скоростью 1000—1200 м/ч; при наличии шумовых помех, связанных с трением прибора  о раствор и стенку скважины, скорость может быть снижена до 600—800 м/ч. Регистрация  диаграмм акустического каротажа по глубине ведется в основном масштабе 1 : 500 и дополнительном 1 : 200 в интервале залегания продуктивной толщи.

Помехи  при акустическом каротаже связаны  с механическими колебаниями  и вибрациями во время перемещения  прибора по скважине. Резкое снижение амплитуд упругих колебаний и  «проскальзывание» циклов наблюдается  при разгазировании промывочной жидкости, когда контакт приемника и излучателя ненадежен. Влияние разгазирования сказывается выше газоносного пласта и наблюдается на интервалах зондов И1П и И2П. При смещении зонда относительно оси скважины происходит резкое снижение измеряемых амплитуд А1 и А2 и искажение кривой ослабления α_АК. Для обеспечения точности измерения амплитуд не менее 20 % смещение оси скважины от оси прибора не должно превышать 1 см.

Контроль  качества диаграмм акустического каротажа производится следующим образом.

1. В конце измерения выполняют запись кривых t₁, t₂ и ∆t в незацементированной обсадной колонне, где скорость акустической волны сохраняется в пределах 5500—5530 м/с.

2. В одном и том же интервале скважины выполняют повторную запись или перекрывают прежний замер; расхождения не должны превышать 1,5—2 % при измерении t₁ и t₂ и 3—4 % для ∆t

3. Контролируют показания против пластов с известной характеристикой (каменной соли, ангидритов), против которых скорости продольных волн и их ослабление сохраняются практически неизменными.

4. Сравнивают кривые амплитуды и времени пробега, зарегистрированные в одном и том же интервале первым и вторым двухэлементным зондом. Наличие расхождений в показаниях свидетельствует о наличии искажений «проскальзывания» циклов. Одновременно в процессе замера работа временного блока контролируется визуально на экране осциллографа.

 

Список  использованной литературы

 

1. С.С. Итенберг, Т.Д. Дахкильгов. Геофизические исследования скважин. - М.: Недра, 1982. - 351 с.
2. Г.Ф. Ильина. Промысловая геофизика: учебное пособие. - Томск: изд-во Томского политехнического университета, 2011. – 148 с.
3. В.К. Хмелевской, Ю.И. Горбачев, А.В. Калинин, М.Г. Попов, Н.И. Селиверстов, В.А. Шевнин. Геофизические методы исследований: учебное пособие. –Петропавлоск-Камчатский: изд-во КГПУ, 2004, 232 сllbest.ru