Введение к работе
Актуальность работы.
Значимость акустического каротажа (АК) в конплексе методов ГИС связана с объемом и качеством информации, получаемой при обработке данных АК.
Форма акустического сигнала определяется набором волн различного типа, характеристики которых зависят от пористости, литологи-ческого состава пород, их глинистости, геометрии скважины и других Факторов. Поэтому акустический сигнал несет в себе обширную информацию о разрезе скважины. Эффективность извлечения этой информации связана с конструктивными особенностями зонда и алгоритмами обработки сигналов АК.
До настоящего времени основным параметром, определяемым при АК. является интервальное время продольной волны. Использование коэффициента затухания продольной волны, вследствие низкой точности его измерения, носит вспомогательный характер. Применяемая при интерпретации результатов АК модель однородной среды, пересеченной цилиндрической скважиной, часто мало соответствует реальным геолого-техническим условиям, когда стенки скважины обладают каверноз-ностью. сложены из чередующихся пластов с различными свойствами, к тому же измененными вблизи скважины, а зонд может быть смешен с оси скважины. В этих условиях данные по АК интерпретируются с пониженной точностью.
Повышение эффективности АК в значительной степени связано с усовершенствованием интерпретационных моделей и алгоритмов обработки данных. Нногоэлементность зонда и возможность цифровой записи сигналов на магнитный носитель могут позволить применить ЭВМ. для обработки данных АК с получением большего числа информативных параметров с точностью, достаточной для количественной геологической интерпретации.
Для разработки интерпретапионого аппарата и совершенствования аппаратуры АК необходимо изучение распространения упругих волн в неоднородной среде, пересеченной скважиной. При этом должны быть уяснены связи между параметрами акустического сигнала и структурой и физическими характеристиками массива горных пород. За исключением решения некоторых частных задач, эти вопросы недостаточно изучены.
-г-Цель работы-изучение закономерностей кинематики головной продольной волны при импульсном акустическом каротаже в неоднородных средах и исследование возможностей определения структуры присква-жинной зоны по данным АК при геофизических исследованиях в скважинах.
Основные задачи работы:
-разработка математического аппарата моделирования прямых задач АК (метод конечных элементов (НКЭ) в сочетании с аналитическими методами);
-решение ряда прямых задач с целью изучения влияния на распространение головных продольных волн следующих Факторов:
а) радиальных нєоднородностєй прискважинной зоны;
б) пластовой структуры горных пород, пересеченных
скважиной;
в) кавернозности стенок скважины;
-определение возможностей использования головных ПРОДОЛЬ
НЫХ волн при импульсном АК в сложных геолого-технических
условиях при геофизических исследованиях в скважинах.
Научная новизна. Автором впервые:
-
Установлено, что при импульсном АК связь дифференциального годографа головной продольной волны (ДГПВ) с радиальным профилем скорости в прискважинной зоне и длиной зонда хорошо согласуется с аналитической зависимостью, основанной на лучевом приближении геометрической акустики. Выяснено, что ДГПВ определяется скоростью в среде в точке поворота луча.
-
Установлено, что аномалии ДГПВ. вызванные тонким пластом или небольшим уступом, имеют сходную Форму. Найдена функциональная зависимость характерной длины аномалии от соотношения скоростей продольной волны во вмешаюшей породе и скважинной жидкости, радиуса скважины и длины продольной волны во вмешаюшей породе.
-
На основе математического моделирования выяснено, что в случае вертикально-неоднородного массива ДГПВ приближенно равен сумме аддитивных вкладов в него (аномалий) от элементарных пластов, слагающих разрез. Аноналия ДГПВ. обусловленная неровностью стенки скважины, является аддитивной суммой аномалий от элементарных ус-
-3-тупов, аппроксимирующих вертикальный профиль стенки скважины. Вертикальная неоднородность массива и неровности стенки скважины дают взаимно-независимые вклады в ДГПВ.
4. Численными методами установлена функциональная зависимость разрешения акустического зонда от соотношения скоростей продольной волны во вмещающей породе и скважинкой жидкости, радиуса скважины, видимого периода в пакете продольной волны и базы зонда. Основные зашишаеные положения:
-
Связь киненатики головной продольной волны с радиальной неоднородностью прнскважинной зоны, пластовой структурой массива и неровностью стенки скважины.
-
Связь разрешения акустического зонда с параметрами прибора и скважигашни условиями.
-
Методика решения обратной кинематической задачи АК для рат диальной неоднородности прискважинной зоны и рекомендации по ее реализации в аппаратуре. '
1. способ акустического каротажа, использующий компенсированный 4-элементный зонд.
Практическая значимость Работы.
1. Предложена и обоснована нетодика решения обратной задачи АХ определения радиального профиля скорости в прискважинной зоне по кинематическим параметрам головной продольной волны, измеренным многоэлементным акустическим зондом.
. г. Выработаны рекомендации по выбору расстояний между приемниками и длины многоэлементного зонда, позволяющих определять радиальный профиль скорости в прискважинной зоне.
3. определено понятие глубинности по радиусу при получении скоростных характеристик разреза скважины в условиях радиальной неоднородности прискважинной зоны по кинематическим параметрам головной продольной волны.
1. Определена вертикальная разрешающая способность акустического зонда как функция его базы, радиуса скважины, скорости продольных волн в массиве и видимого периода в пакете продольной волны акустического сигнала.
5. оценена эффективность применения компенсированных зондов в условиях кавернозности стенок скважины и при наличии горизонтальных границ.
. б. Предложен способ акустического каротажа на головных продольных волнах, использующий 4-элементный прибор со встречной схемой измерений.
Апробапия работы, основные результаты диссертации докладывались на научно-практической конференции "Разработка аппаратуры для проныслово-геофизических и геолого-технологических исследований на нефтегазовых месторождениях Западной Сибири" (Тюмень. 1967), на 1 сессии Российского акустического общества "Акустика в промышленности" (Москва. 1992).
Публикации. По теме работа .имеется 7 публикаций, в том числе одно авторское свидетельство.
Объем работы. Диссертация состоит из введения,-четырех глав и заключения, которые изложены на ~^Н страницах текста, содержит 34 рисунка и список литературы, включающий 82 наименования.
в диссертации изложены результаты теоретических исследований автора, выполненных в отделе акустического каротажа и программно-управляемых приборов ВНИГИК.
Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю д. т. н. в. н. Крутину за постоянное внимание и помошь в работе. Автор признателен к. Ф. -м. н. А. ю. Юматову и к. Ф. -и. н. Н. Г. Маркову за консультации и замечания при обсуждении работы.