Воздух - 300-500 м/с, метан - 430 м/с, нефть - 1300 м/с, вода пресная - 1470 м/с

Вода минерализованная - 1600 м/с, глина - 1200-2500 м/с,

Песчаник плотный - 3000-6000 м/с, цемент - 3500 м/с, сталь - 5400 м/с.

Кроме того, различные породы по разному ослабляют энергию наблюдаемой волны по мере удаления от источника возбуждения упругих волн. Чем выше газонасыщенность, глинистость, трещиноватость и кавернозность пород, тем больше затухание колебаний.

Для измерения параметров распространения упругих колебаний используется акустический зонд. В качестве основного используется трехэлементный зонд, состоящий из двух излучателей и приемника (рисунок 1). Каждый из излучателей и приемник образуют двухэлементный зонд.

Рисунок 1. Схема прибора СПАК-6

В процессе регистрации волновых картин выделяются следующие параметры (рисунок 2):

- T1 время пробега головной волны от ближнего излучателя (время первого вступления продольной волны 1 зонда);

- T2 время пробега головной волны от дальнего излучателя (время первого вступления продольной волны 2 зонда);

- A1 амплитуда первого вступления волны от ближнего излучателя ;

- A2 амплитуда первого вступления волны от дальнего излучателя .

На основе этих данных рассчитываются:

- D Т - интервальное время пробега продольной волны: D Т= (Т2-Т1) / S ;

a - кажущийся коэффициент поглощения продольной волны: a =20(1/S) lg(A1/A2);

В каждое из времён Т1 и Т2 входит двойное время пробега волны по раствору. В разности (Т2-Т1) это время исключается (то есть исключается влияние скважины) и (Т2-Т1) соответствует пробегу волны в интервале между излучателями (база зонда S) .Время (Т2-Т1), отнесенное к пробегу волны на расстояние в 1м, называют интервальным временем D Т (измеряется в мкс/м).

Рисунок 2. Регистрируемые параметры аппаратурой СПАК

При акустических исследованиях может также применяться зонд состоящий из одного излучателя и двух приёмников (рисунок3).

При акустическом каротаже возбуждение упругих колебаний частотой 10 - 20 кГц и 20 кГц - 2 Мгц производится с помощью магнитострикционных (или иных) излучателей.

Упругие колебания измеряют с помощью двух пьезоэлектрических сейсмоприемников, расположенных по одной линии на расстояниях 0,5 - 2 м друг от друга и от излучателя.

Между излучателем и ближайшим приемником устанавливается звукоизолятор, например, из резины, препятствующий передаче упругих колебаний по зонду. Все перечисленные приборы вместе с электронным усилителем принятых колебаний размещаются в скважинном снаряде акустического каротажа. Остальная аппаратура располагается в каротажной станции.

Акустический каротаж выполняется как в необсаженных скважинах, заполненных жидкостью, так и в обсаженных скважинах. Радиус исследования пород от оси скважины не превышает 0,5 - 1 м.

АК по скорости — акустический каротаж, основанный на изу­чении скорости распространения упругих волн в породах путем измерения интервала времени. Время пробега волны определяется по разности вре­мен вступления в приемники П₂ и П₁ соответственно t₂ и t₁. Часть пути от излучателя до приемника продольная волна проходит по промывочной жидкости и глинистой корке.

а - скважинный снаряд; б - кабель; в - наземная аппаратура; 1 - излучатель; 2 - генератор акустических колебаний; 3 - акустический изолятор; 4 - приемники; 5 - электронный усилитель; 6 - блок-баланс; 7 - усилитель; 8 - регистратор; 9 - блок питания

Рисунок 3. Схема аппаратуры акустического каротажа.

Эти отрезки пути одинаковы для каждого приемника, что при вы­читании времен вступления обеспечивает исключение влияния скважины при измерениях трехэлементным зондом. В связи с этим на показания акустического каротажа по скорости не оказывают влияние основные свойства промывочной жидкости (минерализация, плотность и др.), что является одним из важ­ных преимуществ метода.

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, может быть найдена

Vn=S ∕ (t₂-t₁)

Соответственно интервальное время — время рас­пространения (в мкс/м) упругой волны в среде на расстояние 1 м:

∆t= 1 ∕ v=(t₂-t₁) ∕ S

При АК зависимость скорости распространения упругих волн (или интервального времени ∆t) от пористости породы представляет наибольший интерес.

Экспери­ментальными исследованиями установлено, что в однородной породе с межзерновой пористостью при достаточно высоком эф­фективном давлении зависимость между интервальным време­нем пробега волн и пористостью пород может быть аппрокси­мирована линейной зависимостью, получившей название урав­нения среднего времени:

∆t=k∆t+(1-k)∆t,

или k=(∆t-∆t_м) ∕(∆t_ж - ∆t_м),

где, ∆t_ж и ∆t_м — время распространения волны соответственно в поро-

вой жидкости и минеральном скелете породы.

Выражения справедливы для однородных неглинистых пород, обладающих межзерновой пористостью.

Акустический 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.

Наиболее простой способ акустических исследований - каротаж скорости, когда автоматически регистрируется кривая изменения времени пробега прямой или головной волны между двумя приемниками. Поскольку расстояние между приемниками постоянно, то кривая времени является фактически обратным графиком изменения скорости. При каротаже по затуханию измеряется амплитуда упругой волны и ослабление сигнала между двумя приемниками.

Скорость распространения упругих волн зависит от упругих модулей пород, их литологического состава, плотности и пористости, а величина затухания - от характера заполнителя пор, текстуры и структуры породы (рисунок 4). На акустических диаграммах высокими значениями скоростей распространения упругих волн выделяются плотные породы - магматические, метаморфические, скальные, осадочные. В рыхлых песках и песчаниках скорость тем ниже, чем больше пористость. Наибольшее затухание (наименьшая амплитуда сигнала) наблюдается в породах, заполненных газом, меньше затухание в породах нефтенасыщенных, еще меньше - у водонасыщенных.

Акустический метод применяется для расчленения разрезов скважин по плотности, пористости, коллекторным свойствам, а также для выявления границ газ - нефть, нефть - вода и определения состава насыщающего породы флюида. Кроме того, по данным этого метода можно судить о техническом состоянии скважин и, в частности, о качестве цементации обсадных колонн.

1 - породы средней пористости, сухие; 2 - породы средней пористости, влажные; 3 - породы высокой пористости; 4 - породы низкой пористости, плотные

Рисунок 4. Диаграммы акустического каротажа

В не зацементированной колонне отношение амплитуд А1/А2 должно находится в пределах 1-1,1. Отклонение от этого соотношения свидетельствует о неидентичности одноименных элементов зонда. Интервальное время в свободной не зацементированной колонне должно составлять 183 ±5 мкс/м.

Пористость полученная по данным АК должна соответствовать данным, полученным другими методами (ННКт, ГГК-П). При наличии в разрезе газонасыщенных пластов акустический каротаж рекомендуется проводить в интервалах каждого стандартного каротажа, т.е. в условиях, когда зоны проникновения еще не достигают критических для АК значений.