5.3.8. Акустичний каротаж

Акустичні методи геофізичних досліджень у свердловинах Грунтуються на вивченні пружних властивостей гірських порід, які спосте­рігаються в процесі послідовного поширення в них деформацій, зумовле­них пружною хвилею.

У породі виникають різні види пружних хвиль залежно від виду дефор­мації. Інформативними є хвилі поздовжні (/'-хвилі), поперечні (З'-хвилі), Лемба (//-хвилі) і вторинного походження.

Найважливішими характеристиками пружних хвиль є швидкість їх по­ширення, амплітуда і коефіцієнт згасання, а також звукові образи. Величи­ну, обернену швидкості поширення пружної хвилі в породі, називають інтервальним часом.

У процесі акустичного каротажу (АК) реєструють повне відображення сигналу, тобто його звукові образи. Хвильові картини (ХК) — це графічний фотозапис на кіноплівку або на фотопапір повного сигналу спільно з поча­совими марками і фазокореляційні діаграми (ФКД), які є записом повного сигналу у вигляді фазових ліній. ХК і ФКД використовують для визначен­ня петрографічних характеристик порід: густини, пористості та інших важ­ливих властивостей.

Швидкість поширення і згасання пружних хвиль у гірських породах залежить від літолого-мінералогічного стану порід, об'єму і структури по-рового простору, типу цементу і ступеня цементації, характеру розподілу глинистого матеріалу в породі, типу насичувальної фази і ступеня насиче­ності пор рідиною або газом, термобаричних умов вимірювання (пластово­го тиску, температури та ін.). Переважними факторами є пористість поро­ди, структура порового простору і мінеральний склад породи при однако­вому заповнювачі.

Для проведення АК застосовують триелементний зонд, який складає­ться із випромінювача і двох розташованих на деякій відстані від нього приймачів. Замість приймачів можуть бути встановлені два випромінювачі, а випромінювач замінюють приймачем (принцип взаємності). Відстань між приймачами (випромінювачами) називають базою зонда. Довжина зонда дорівнює відстані від випромінювача до приймача.

Випромінювач посилює імпульси коливань, які складаються із трьох-чотирьох періодів. Через деякий час частина породи починає коливатися. Перше відхилення її від рівноваги називають вступом хвилі, максимальне відхилення — амплітудою, а проміжок часу між двома сусідніми максиму­мами або мінімумами — видимим періодом Т. Частота хвилі/= 1/Т.

Акустичні дослідження розрізняють за швидкістю і згасанням.

АК за швидкістю грунтується на вивченні швидкості поширення пруж­них хвиль у гірських породах способом вимірювання інтервального часу ДТ, який визначається як різниця часів вступу на другому (1₂) і першому (/,) приймачах (1₂- Г,). Така різниця часу запобігає впливу свердловини на поширення хвилі і її реєстрацію за допомогою триелементного зонда. Швидкість поширення пружної хвилі у пласті називають пластовою, або інтервальною.

АК за згасанням передбачає вивчення характеристик згасання пружних хвиль у породах. Під час поширення хвиль кількість енергії, яка припадає на одиницю об'єму, зменшується пропорційно квадрату відстані від точки спостереження до випромінювача; амплітуда коливань зменшується обер­нено пропорційно до цієї відстані.

На згасання пружних коливань сильно впливає неоднорідність середо­вища, яка веде до ослаблення коливань і зниження амплітуди хвилі. По­глинаються пружні коливання породою внаслідок процесів перетворення їх енергії в теплову енергію, що зумовлює зменшення амплітуди сигналів.

Здатність гірських порід поглинати пружні коливання визначається інтенсивністю згасання амплітуди хвилі А. Коефіцієнт поглинання поро­дою пружних хвиль а_п є показником втрати їх енергії внаслідок поширен­ня. Вираз для коефіцієнта а_п має вигляд

Згасання коливань зумовлено переважно неідеальністю пружного сере­довища, поширенням енергії у більшому об'ємі внаслідок розширення фронту хвилі, розсіюванням і дифракцією хвиль на неоднорідностях порід. У результаті поглинання енергії амплітуда усіх хвиль в інтервалі А/ ослаб­люється.

Дані АК використовують для літологічного розчленування геологічного розрізу свердловин, виділення нафтогазових і водонасичених колекторів, вивчення пористості, тріщинуватості та фізико-механічних властивостей гірських порід, а також інтерпретації результатів сейсморозвідки.

Особливого значення набули акустичні методи в останні 15—20 років для нафтогазопромислової геології у визначенні та уточненні положення контурів нафтогазоносності нафтових і газових покладів. Дуже часто розві­дувальні свердловини на периферійних ділянках покладів не потрапляють точно в перехідну зону від вуглеводневого покладу до води, а розкривають або водяну, або нафтову (газову) частину продуктивного пласта. У такому разі для уточнення місцяположення контуру покладу замість буріння до­даткових свердловин дуже ефективним є застосування АК у пробурених свердловинах, що дає змогу у радіусі 3—5 км встановити межу між нафто­носною (газоносною) частиною пласта і тією частиною, де пласт насиче­ний водою. Для цього АК проводили під час розвідки покладів вуглеводнів у Західному Сибіру, в нафтогазоносних областях Алжирської Сахари та в інших регіонах.

АК виконують у свердловинах, заповнених рідиною, у комплексі з ін­шими видами геофізичних досліджень, згідно із затвердженим комплексом ГДС для певного району. Для нафтогазових свердловин масштаб запису інтервального часу ДТ беруть 10 мкс • м"¹ ■ см~' у карбонатному розрізі і 20 мкс ■ м~' ■ см"¹ в піщано-глинистому.

Для побудови геоакустичної моделі розрізу застосовують широкосмуго­вий акустичний каротаж (ШАК). За даними цього методу визначають час поширення пружних хвиль у товщах порід у вертикальному напрямку, а також інтервальну і середню сейсмічні швидкості, які використовують у сейсморозвідці для побудови меж за методом відбитих хвиль (МВХ).

Геоакустичні моделі середовища, одержані за даними ШАК, застосо­вують також для вивчення структури горизонтів, що відбивають хвилі, при виборі оптимальних параметрів для вивчення простору між свердловинами і побудови сейсмограм.