Акустический метод при поиске и разведке нефти и газа
Содержание
Введение ………………………………………………………
1 Физические основы акустических методов………………………………. 5-6
1.1 Акустический
каротаж по скорости……………………………
1.2Акустический
каротаж по затуханию…………………………
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……………………
4 Области применения метода и решаемые им геологические задачи……....23
Заключение……………………………………………………
Список использованной литературы…………………………………………...
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
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
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
Упругая
волна, распространяясь во все стороны,
захватывает все более
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
Рисунок
1.Схематическое изображение
а)распространение продольных волн; б)распространение поперечных волн; в) волновая картина; А- амплитуда; Т- период волны ;φ – фаза волны; t- время.
Важными
кинематическими параметрами
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
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.
Vп=S/ (t2- t1)
Соответственно интервальное время — время распространения (в мкс/м) упругой волны в среде на расстояние 1 м
Δt=1/ Vп=(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
A=A0exp(-aAKS)
где А0 — амплитуда упругих колебаний вблизи источника возбуждения.
Коэффициент поглощения упругих волн характеризует интенсивность поглощения энергии волн в среде и определяется по формуле
aAK=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
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: αSвп>αSнп>αSгп и αРвп<αРнп<αРгп. 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
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
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.
В используемой при АК установке излучатель посылает импульсы колебаний, состоящие из трех-четырех периодов (6— 8 раз). График колебаний (волновой картины), воспринимаемых приемниками, изображен на рис.3,б. На графике отмечены колебания трудно разделимых волн: продольной P0P1P0, поперечной P0SlP0 и прямой Р0, идущей по промывочной жидкости.
Аппаратура АК дает возможность одновременно зарегистрировать: кривые кинематических Δt, t1, t2 и динамических αАК, А1, А2 характеристик акустических сигналов; фазокорреляционные диаграммы (ФКД); волновые картины ВК дискретно через определенные интервалы (0,25; 0,5; 1 м) по глубине.
В общем случае для интерпретации используют кривые: Δt, А1 (или А2) и αАК. Кривые t1 и t2 служат для проверки качества записи Δt, а кривые А1 и А2 несут одинаковую информацию. Фазокорреляционные диаграммы (ФКД) и волновые картины (ВК) используют в АК для детальных исследований отдельных интервалов разреза. ФДК и ВК представляют собой графическое отображение электрических сигналов, снятых с электрических преобразователей П1 и П2. По ВК удается выделить волны различных типов и найти их кинематические и динамические характеристики для количественных определений параметров пласта. ФКД визуально отображают фазовые линии, соответствующие фазам определенной полярности, воспринимаемым приемником. ФКД являются источником информации о кинематических параметрах волн всех типов. На рис.4 изображены акустические сигналы, зарегистрированные различными способами.
Рисунок 4 . Форма записи акустических сигналов.
Во избежание погрешностей в регистрации параметров аппаратура АК подвергается метрологическому контролю посредством измерения Δt, αАК, А1 и А2 в средах с известными значениями скоростей и затухания упругих волн (в стальных или алюминиевых трубах, заполненных водой, или в других переносных приспособлениях). В наклонных скважинах и при наличии каверн происходит перекос прибора АК относительно оси скважины, что ведет к погрешностям в измерении параметров Δt и αАК. Для получения измерений более точных прибор АК центрируется в скважине.
2.1Выбор оптимальной длины зонда АК
Расстояние
между приемниками (база S) характеризует
разрешающую способность зонда.
Минимальную
длину зонда принято
Lmin=2r
где r — расстояние от рабочей поверхности элемента зонда до внешней границы зоны проникновения (радиус зоны проникновения); vп и vзп — скорости распространения упругих колебаний в породе и зоне проникновения соответственно.
Если считать, что скорость распространения упругой волны в зоне проникновения и в промывочной жидкости 1600 м/с, радиус зоны проникновения при зонде, прижатом к стенке скважины, 0,5 м, то длина зонда при vп = 6000÷2000 м/с должна составлять 1,25 м.
Увеличение длины зонда вызывает уменьшение разрешающей способности АК и снижение дифференцированности кривой.
Расстояния от излучателя до приемника и между приемниками должны быть согласованы с мощностью источника для обеспечения уверенного выделения первого вступления преломленных волн и точности приема сигналов, поступающих от ближнего и дальнего излучателей. В практике для проведения стандартного АК в нефтегазовых скважинах применяются трехэлементные зонды длиной 1,2—2 и базой 0,1—0,5 м.
2.2Применяемая аппаратура и оборудование
Требования к измерительным зондам АК:
- диапазоны измерения Dt преломленных продольных волн – 120-660 мкс/м, поперечных – 170-660 мкс/м;
- диапазон измерения коэффициента эффективного затухания по длине измерительного зонда – 0-30(40) дБ/м;
- диапазон измерения амплитуд при эффективном затухании 0-40 дБ/м – 0-78 дБ/м в статическом положении прибора и 0-66 дБ/м при движении прибора в скважине;
- пределы допускаемых основных относительных погрешностей измерения Dt и a - ± 1-3 и ± 12,5% соответственно;
- дополнительные погрешности измерения Dt, А, a, вызванные изменениями напряжения на ±10%, давления на 1 МПа, температуры на 10°С относительно стандартного значения, равного 20°С, не должны превышать 0,3; 0,01 и 0,1 значений основных погрешностей соответственно.
Модуль АК комплексирует с любыми другими модулями при условии, что механическое соединение модулей не нарушает центрирование измерительного зонда.
Коэффициент усиления электронной
схемы скважинного прибора
Необходимость выполнения нескольких
записей с разными
Скорость каротажа – не более 1000 м/ч.
Модуль АК-М
1. Назначение
Скважинный прибор (модуль) акустического каротажа АК-М (в дальнейшем- модуль) предназначен для проведения исследований нефтяных и газовых скважин диаметром от110 до300мм, заполненных водной промывочной жидкостью. Обеспечивает решение широкого круга геофизических задач методом акустического каротажа, позволяет определить параметры упругих волн всех типов (продольных, поперечных и волн Лэмба - Стоунли ) и выполнить контроль цементирования скважин.
2. Данные по аппаратуре
Модуль позволяет проведение исследований в скважинах при температуре до120 °С ис гидростатическим давлением до 80 Мпа в комплексе с прогаммно-управляемой каротажной станцией МЕГА и трехжильным каротажным кабелем типа КГ-3-60-180 длиной до 6000 м.
Рисунок 5. Модуль АК-М
Формула зонда модуля – И 2.2 П1 0.4 П2(см рисунок)
Напряжение питания модуля – (40±2)В по первой жиле кабеля. Сила электрического тока потребляемая модулем в режиме излучения (160±20) мА, в режиме ожидания - (60±20) мА.Излучатель акустического зонда модуля имеет два режима излучения – НЧ (низкая частота) и ВЧ (высокая частота). Средняя видимая частота излучаемых упругих колебаний, создаваемых излучателем, измеренная в металлической трубе по первым трём полупериодам волнового пакета, - (12±3) кГц при работе в режиме НЧ и (22±5) кГц при работе в режиме ВЧ. Модуль обеспечивает: 4-х ступенчатую регулировку уровня сигнала , измерение интервального времени дельтаT в диапазоне от 120 до 660 мкс/м и кажущегося коэффициента затухания в диапазоне от 0 до 30 дб/м . Работа модуля основана на возбуждении упругих колебаний и их приеме после прохождения ими исследуемой среды с целью определения кинематических и динамических параметров этих колебаний связанных с характеристиками среды пересеченных скважиной. Возбуждение упругих колебаний осуществляется с помощью расположенного в модуле магнитострикционного двухчастотного излучателя.Прием упругих колебаний осуществляется с помощью двух поочередно работающих пьезокерамических звукоприемников, разнесенных по длине модуля на величину базы акустического зонда. Поступившие на звукоприемник упругие колебания преобразуются в колебания электрического тока – информационный сигнал (волновой пакет), который усиливается и вместе со служебными сигналами (синхроимпульсы и т.д.) передается по геофизическому трехжильному кабелю на регистратор. Обмен информацией между скважинным прибором и каротажной станцией осуществляется по протоколу «Манчестер». Пакеты управляющих импульсов, соответствующих этому протоколу, формируются в ADSP 350h станции МЕГА и через БУСП поступают на 2-ю и 3-ю жилы кабеля и далее, в скважинный прибор. Ответные посылки от скважинного прибора, в соответствии с протоколом "Манчестер", следуют в паузах между посылками запросов по тем же жилам кабеля.
Габаритные размеры 5700 мм
диаметр 90 мм
длина с гибкой вставкой 7000
Масса, кг 107
Прибор АКВ-1
1.Назначение
Аппаратура акустического каротажа АКВ-1 предназначена для регистрации волновых картин и измерения интервальных времен, амплитуд и затуханий всех типов упругих волн (продольных, поперечных, Лэмба-Стоунли) в необсаженных и обсаженных колонной нефтяных и газовых скважинах диаметром от 110 мм до 300 мм .
2.Данные по аппаратуре
Зондовая установка включает магнитострикционный излучатель упругих волн с частотой излучения 12±3 кГц и 22±5 кГц и шесть широкополосных пьезокерамических приемников упругих волн.
Формулы зондов - И(1.5)П1(0.2)П2 (0.2)П3;
И(1.5)П1(0.2)П2 (0.2)П3 П4(0.2)П5 (0.2)П6;
И(1.5)П4(0.2)П5 (0.2)П6(0,5)П1(0,2)П2(0,2)П3;
Излучатель может работать в следующих режимах: НЧ (низкие частоты), ВЧ (высокие частоты) и ВНЧ, когда излучатель упругих волн поочередно работает в режимах НЧ и ВЧ.
Аппаратура АКВ-1 обеспечивает преобразование a в диапазоне 0-30 дБ/м.
Характеристика прибора и условие применения:
Длина скважинного
прибора ..............................
Максимальный
диаметр ..............................
Масса прибора
..............................
Приемник
упругих волн ..............................
Источник
упругих волн ..............................
Допустимая
относительная погрешность в пределах
диапазона измерений: - по DТ............................
по a..........................
СПАК-6
1. Назначение.
Аппаратура акустического каротажа СПАК-6 предназначена для измерения и регистрации кинематических и динамических характеристик упругих волн в нефтяных и газовых скважинах.
2. 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 КГ3-60-180 длиной до 5500м.
Формула зонда И2 0,4 И1 1,2 П. Схема прибора изображена на рисунке.
Рисунок 6.Схема прибора СПАК-6
Частота излучаемых колебаний - 25 кГц.
Передача
информационного сигнала на наземный
измерительный пульт
Диапазон
измерений интервального
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.
3Форма кривой при акустическом каротаже, определение границ пласта
При акустическом каротаже измеряется скорость распространения упругих волн в породе на интервале базы зонда. Породы, залегающие за пределами базы, не влияют на измеряемые величины.
Рассмотрим форму кривых АК для одиночных пластов различной мощности, находящихся в однородной вмещающей среде. Кривые получены для трехэлементного зонда, точка записи отнесена к середине его базы S. В качестве существенных значений на кривых акустического каротажа принимают точки у основания аномалии максимума или минимума и точки прогиба. В целом при акустическом каротаже пласт, залегающий в однородной среде, отмечается на кривых симметричным максимумом или минимумом.
Мощный пласт (мощность пласта h больше базы трехэлементного зонда S) характеризуется симметричной аномалией. Ширина аномалии между точками отклонения кривой равна сумме мощности пласта и базы зонда (h+S). Переходные зоны от вмещающей среды к пласту имеют протяженность кривой, равную базе зонда S, с точками перегиба, расположенными у границы пласта. Расстояние между точками перегиба (серединами наклонных линий) соответствует мощности пласта. Вертикальный участок кривой против пласта характеризует истинное время пробега волны. Для пласта с пониженной скоростью распространения колебаний аномалия времени Δt будет положительной (рис. 7, а).

- Акустический проект ночного клуба
- Акустический проект ночного клуба «Жокей»(г.Шостка)
- Акустический расчет
- Акустический расчет конференц зала
- “Акустический расчет помещений”
- Акустический расчет помещений
- Акустический расчет помещения
- Акустические автомобильные системы
- Акустические колебания
- Акустические методы
- Акустические особенности речи
- Акустический контроль
- Акустический контроль емкости
- Акустический контроль защитных шлемов