Акустический каротаж по скорости и затуханию

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 среде.

По типу регистрируемых акустических параметров различают акустический каротаж по скорости и затуханию.

Акустический каротаж по скорости основан на изучении скорости распространения упругих волн в горных породах, вскрываемых скважинами путем измерения интервального времени:

где -(t₂-t₁) разность времен вступления на втором и первом приемнике, S – зонд.

Время пробега Δt 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 t₁, что обеспечивает исключение влияния скважины при измерениях трехэлементным зондом. 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.

На величину затухания упругих колебаний сильное влияние оказывают глинистость, характер насыщения, трещиноватость и кавернозность пород. Скорость распространения упругих волн v зависит от литологии (упругих свойств) минерального скелета пород, степени их цементации, пористости и характера насыщающей жидкости, а также от разности горного и пластового давлений. Максимальные значения v характерны для ангидритов (6000 м/сек)г кристаллических пород (4500—6300 м/сек) и каменной соли (4500 15500 м/сек); минимальные - для воздуха (330 м/сек) и углеводородных газов (метан - 430 м/сек). Низкими скоростями распространения упруги золн характеризуются также нефть (1400 м/сек), вода и буровой раствор 1(1670-1760 м/сек). Глинам, песчаникам и известнякам соответствуют про­межуточные значения v, равные соответственно 1800-2400, 2000-300 Р200-5500 м/сек. Скорость распространения упругих волн в горных породах возрастает с увеличением их цементации.

Интенсивность затухания продольных волн особенно зависит от наличия в породах трещин и каверн, а также от газоносности пород, увеличиваясь с повышением этих параметров. 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; рассением 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. 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.