Теоретичні та експериментальні методи вивчення хвильових полів у свердловинах.
Теоретичні методи вивчення хвильових полів у свердловинах. Завдання вивчення поширення пружних хвиль в середовищі, пересіченій свердловиною, дуже складна і поки що не піддається аналітичному рішенням в загальному вигляді. Дослідники при вирішенні зазначеної задачі за методами дослідження розбиваються на такі основні групи:
- аналіз хвильового поля у присвердловинному просторі в променевих наближеннях з використанням уявлень геометричній акустики;
- пошук точних аналітичних розв'язків задач динамічної теорії пружності в стаціонарному та імпульсному режимах;
- рішення динамічної задачі теорії пружності чисельними методами з застосуванням ЕОМ.
В результаті проведених наукових досліджень вченими було отримано ряд формул, які показують залежність кінематичних і динамічних характеристик пружних хвиль від різних властивостей присвердловинного простору. Формула Ю. В. Різніченко:
(1.19)
де VТВ и VР – швидкості поздовжніх хвиль відповідно у твердій і рідкії фазах; δТВ и δ Р - густина твердої і рідкої фаз; φ – коефіцієнт пористості середовища.
Формула середнього часу М. Уїлі:
(1.20)
де VТВ и VР – швидкості поздовжніх хвиль відповідно у твердійі рідкій фазах; φ – коефіцієнт пористості середовища.
Формула Добриніна:
(1.21)
де VТВ и VР - швидкості поздовжніх хвиль відповідно у твердій і рідкій фазах; δТВ та δР - густина твердої і рідкої фаз; φ – коефіцієнт пористості середовища; g – прискорення сили тяжіння; βП, βТВ, βР – коефіцієнт стискання відповідно пор, твердої фази рідини; ν – коефіцієнт Пуассона двофазного середовища.
|
|
|
Амплітуда об'ємної хвилі в точці, розташованої на відстані l від джерела збудження, виглядатиме так:
(1.22)
де А - амплітуда об'ємної хвилі; С – постійна, що залежить від потужності джерела і умов збудження пружних коливань; n – показник, що залежить від геометрії фронту хвилі; ω – круговая частота; g – прискорення сили тяжіння; Ω – дисипативна характеристика неідеально пружного середовища, що є функцією частоти, в'язкості і коефіцієнта Пуассона..
Експеріментальні методи вивчення хвильових полів у свердловинах. Сутність їх полягає у вивченні питань на фізичних моделях, побудованих з урахуванням теорії подібності хвильових явищ. Перевага цього методу полягає у можливості вивчення складно побудованих моделей присвердловинного простору з урахуванням властивостей і конструкцій акустичних перетворювачів, що використовуються при спостереженнях в свердловинах.
Лабораторні вивчення акустичних властивостей пористих середовищ на моделях в умовах наближених до пластових дуже трудомістка справа. Існує велика кількість різних камер високого тиску і спеціальних установок. У камері високого тиску зразки гірських порід досліджуються переважно циліндричної форми діаметром 3 см і довжиною 3-12 см. Для поліпшення акустичних контактів зразків з ультразвуковими датчиками торцеві стінки зразків шліфуються, а також використовуються спеціальні прокладки. У якості детекторів використовуються п'езодатчики у формі дисків з кераміки ЦТС-19 товщиною до 0,3 см з діаметром до 2 см.
|
|
|
Результати досліджень реальних гірських порід показують, що такі геологічні характеристики, як пористість, тріщинуватість, шаруватість, ступінь сцементованості і характер порового флюїду, дуже впливають на їхні акустичні властивості. Тому виявлення параметрів, що реагують найбільш сильно на зміну певних геологічних характеристик, і встановлення зв'язків між ними при різних термодинамічних умовах, має велике практичне значення.
За результатами досліджень багатьох авторів встановлені наступні закономірності:
- зі збілішенням пористості пісковиків від 0 до 20% швидкість поздовжніх і поперечних акустичних хвиль у них зменшується більш ніж на 20%;
|
|
|
- швидкість прямих поперечних хвиль, що розповсюджуються в поперек нашарування, зменшується майже в два рази, загасання збільшується майже в три рази.
На підставі теоретичних і експериментальних досліджень встановлюють зв'язки між акустичними характеристиками і геологічними властивостями гірських порід. Аналіз теоретичних даних про залежності швидкостей поширення та загасання об'ємних хвиль дає можливість з'ясувати також інші фактори і ступінь їх впливу на акустичні характеристики. У процесі зіставлення розрахункових та експериментальних даних встановлюється придатність теоретичних формул для інтерпретації акустичних вимірювань в свердловинах.
1.2.2 Аналіз хвильової картини при акустичному каротажі на головних хвилях. Акустичний каротаж (АК) по заломлених (головних) хвилях є найбільш розповсюдженим. При інтерпретації отриманих даних визначаються характеристики (швидкість поширення, амплітуда, затухання, спектральний склад та ін.) пружних хвиль, які поширюються від випромінювача до приймача, що розташовані на певній відстані у свердловині.
Акустичні дослідження у свердловинах можуть здійснюватися в широкому діапазоні співвідношення λ/RС, де λ - довжина випромінюваної хвилі в рідині, RС - радіус свердловини.
|
|
|
Свердловини, для яких λ/RС <<1, називають свердловинами великого діаметра, а свердловини, для яких λ/RС = 1 - малого діаметру. З фізичної точки зору, поширення хвиль у свердловинах великого діаметра аналогічно хвильовому процесу у твердо-рідинному середовищі з плоским кордоном, а у свердловинах малого діаметра - процесу в твердо-рідинному середовищі з циліндричним кордоном.
Хвилі в твердо-рідинному середовищі з плоским кордоном (свердловини великого діаметру). Якщо в такому середовищі за умови VP1> VS1> VP0 (де VP1, VS1, – відповідно швидкості повздовжніх і поперечних хвиль у твердому середовищі; VP0 - швидкість повздовжніх хвиль у рідині) діє джерело акустичних деформацій, то в рідині виникає велика кількість об'ємних хвиль (індекс 0 відноситься до рідини, індекс 1 - до твердої фази): прямі поздовжні Р0, відбиті - Р0Р0, багаторазово-відбиті Р0Р0Р0., заломлені (головні Р0Р1Р0 і Р0S1Р0.).
Аналіз поля головних хвиль, проведений для твердо-рідинної моделі показав наступне:
- хвиля Р0Р1Р0 має відносно малу амплітуду;
- період хвилі Р0Р1Р0 нижче періоду Р0;
- хвиля Р0S1Р0 інтенсивніше хвилі Р0Р1Р0.
При розгляді хвильового процесу в свердловині основну увагу будемо приділяти основам каротажу на головних і заломлених хвилях, що знайшли найбільше застосування в практиці геофізичних робіт.
Хвилі в твердо-рідинному середовищі з циліндричним кордоном (свердловини малого діаметра). У цих свердловинах імпульсне джерело, що знаходиться в рідині, збуджує хвилю тиску, яка реєструється на деякій відстані приймачем тиску в функції часу. Аналіз рішення рівнянь методом інтегральних перетворень, а також аналіз результатів фізичного моделювання показує, що в циліндричній порожнині поширюються хвилі декількох типів: головні поздовжні Р0Р1Р0, поперечні (обмінні) Р0S1Р0, прямі гідроволни і трубні поверхневі хвилі типу Стоунлі, Лемба, Релея.
Основними хвилями, що використовується в акустичному каротажі, є об'ємні головні хвилі типу Р0Р1Р0 і Р0S1Р0. Пряма хвиля, падаючи на стінку свердловини під кутом повного внутрішнього відбиття, утворює повздовжню або поперечну хвилю, яка ковзає паралельно стінки свердловини і потім виходить у вигляді преломленої або дифрагованої хвилі в рідину, де і реєструється приймачем. Також, як і в свердловинах великого діаметру, реєстрація головних хвиль Р0Р1Р0 і Р0S1Р0 можлива, коли VP1> VS1> VP0.
1.2.3 Види акустичних досліджень. Акустичні методи дослідження розрізів свердловин (акустичний каротаж) базуються на вивченні пружних характеристик порід за спостереженнями розповсюдження у них пружних хвиль ультразвукового і звукового діапазону. При акустичному каротажі (АК) в свердловині збуджуються пружні коливання, які розповсюджуються в ній і в навколишніх породах та сприймаються приймачами, розташованими в тій же свердловині.
За типом параметрів, що реєструються, виділяють наступні основні модифікації акустичних методів: акустичний каротаж за швидкістю розповсюдження пружних хвиль; акустичний каротаж за загасанням пружних хвиль; широкосмуговий акустичний каротаж та інші. Каротажі за швидкістю та загасанням пружних хвиль складають стандартний акустичний каротаж і проводяться переважно одночасно.
Акустичний каротаж буває:
- пасивний (природні поля – шуми);
- активний (штучний) малопотужний;
- активний високопотужний (зі зміною фізичного стану середовища).
Пасивні методи: шумометрія газових свердловин, шумометрія при бурінні).
Високопотужні методи вивчають зміну фізичних властивостей гірських порід під дією потужних акустичних полів.
Малопотужні методи:
За характером - по швидкості та затуханню;
За типом хвиль: прямі, відбиті, поверхневі, заломленні повздовжні і поперечні.
АК по прямій гідрохвилі = густиномір dс.
АК по відбитій хвилі ® стінки свердловини. По v – відстані, по a - пружні властивості.
АК по заломлених (головних) хвилях. Найбільш розповсюджений, найб. v в породі, (АКЦ). Конструкція зондів. Розмір, база, точка запису, позначення зондів. Загальна взаємозамінність “випромінювач - приймач”.
Метод міжсвердловинного прозвучування.
Дата добавления: 2016-01-04; просмотров: 356; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!