Акустический каротаж (АК) и решаемые им задачи

Прохождение волны через границу двух сред

Акустический каротаж АК основан на изучении характеристик упругих волн ультразвукового и звукового диапазона в горных породах. При АК в скважине возбуждаются упругие колебания, которые распространяются по ней и в окружающих породах и воспринимаются приемниками, расположенными в той же скважине.

Если в элементарном объеме некоторой упругой среды в течении короткого времени действует внешняя возбуждающая сила, в среде возникают напряжения, вызывающие относительные перемещения частиц. Это ведет к возникновению двух типов деформации: деформации объема (растяжение-сжатие) и деформация формы (сдвига). Процесс последующего распространения деформации называется упругой сейсмической волной. Поверхность, отделяющая в данный момент времени область среды, в которой уже возникло колебание частиц, от той, где колебания еще не наблюдаются, называется фронтом волны.

Линии, нормальные к волновым поверхностям, носят название лучей. В однородной среде лучи прямолинейные, в неоднородной – криволинейные. Распространение фронта волны изучается с помощью принципа Гюйгенса-Фринеля, согласно которому каждая точка фронта рассматривается как источник элементарных волн, а понятие луча связывают с направлением переноса энергии волны.

Различают два типа волн: продольные и поперечные. Продольная волна несет с собой только деформации объема, они могут существовать в различных средах. Поперечные волны могут существовать только в твердых телах.

АК сводится к определению скорости распространения упругих колебаний (АК по скорости), так же могут определяться поглощающие свойства горных пород (АК по затуханию). Скорость распространения упругих волн тесно связана с литологическими и петрографическими свойствами породы. Поглощающие свойства горных пород различаются еще больше, чем скорость и зависят от геологического характера пород. Среди горных пород по ослаблению ими упругих колебаний выделяются газоносные, трещинные и кавернозные породы. Сильное влияние на затухание также оказывает глинистость пород.

Основной зонд в АК является трехэлементный, который состоит из излучателя и двух расположенных на некотором расстоянии от него приемников, воспринимающих колебания. Расстояние между приемниками является характерной величиной – базой. Длине зонда соответствует расстояние от излучателя до ближайшего приемника.

АК по скорости основан на изучении скорости распространения упругих волн путем измерения интервального времени Δt=(t₂-t₁)/S, [мкс/м]. t₂ – время от излучателя до П2, t₁ – время от излучателя до П1. Δt=1/V_п.

Мощный пласт h>S характеризуется симметричной аномалией, ширина которой между точками отхода (точки отклонения от вмещающей среды) равна сумме мощности пласта и базы зонда h+S. Тонкий пласт характеризуется симметричной формой, а значение Δt в максимуме (или в минимуме) дает представление об истинной пластовой скорости. База S характеризует разрешающую способность зонда. Чем меньше база, тем более тонкие слои могут быть выделены по АК, однако уменьшение базы ведет к уменьшению точности измерений. На практике база устанавливается меньше мощности самого тонкого из встреченных слоев.

АК в комплексе с другими методами ГИС может помочь при определении К_п пород, выделить зоны трещиноватости и кавернозности в карбонатном разрезе, уточнить литологию разреза, участвовать в интерпретации данных сейсморазведки и технического состояния скважины (высота подъема цементного кольца и качество цементации скважины).