Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние и тенденции развития акустических исследований скважин 12
1.1. Физические основы акустического каротажа 12
1.2. Задачи, решаемые акустическим каротажем 21
1.3. Существующие наиболее широко используемые приборы и методики наблюдения 23
1.4. Существующие методики и средства обработки волновых картин 26
1.5. Существующие способы и методики решения геологических задач 29
1.5.1. Литологическое разделение разрезов скважин 29
1.5.2 Выделение коллекторов и оценка петрофизических характеристик (пористости, глинистости) 35
Глава 2. Методика повышения точности измерений кинематических и динамических характеристик упругихволн 49
2.1 Основные погрешности, возникающие при проведении акустических измерений и существующие способы их снижения 49
2.2 Повышение точности оценок характеристик волн и обнаружение ошибок в документировании размеров зонда посредством использования информационного потенциала волновых картин 52
2.3. Предпосылки для повышения геологической информативности 61
Глава 3. Методика анализа волновых картин и модели околоскважинного пространства при АК 69
3.1. Анализ возможной природы волновых картин, зарегистрированных в скважине 69
3.2. Выбор модели для определения природы импульсов волнового пакета 73
3.3. Анализ характеристик выбранных моделей для различных литотипов пород втерригенном и карбонатном разрезах 80
Глава 4. Методика определения параметров пластов по наиболее информативным фазам в волновом пакете 94
4.!.Схема методики определения параметров пластов 94
4.2. Определение наиболее информативной фазы волнового пакета по мгновенным амплитудам и частотам для продольных и поперечных волн 97
4.3. Выбор условий расчета характеристик с наилучшим разделением литотипов 99
Глава 5. Опробование разработанных методик при исследовании нефтегазовых скважин в терригенном разрезе 110
5.1. Определение коэффициента глинистости 110
5.2. Определение коэффициента пористости 113
Выводы 117
Заключение 118
Литература 120
Список рксунков 134
Список таблиц 137
- Задачи, решаемые акустическим каротажем
- Повышение точности оценок характеристик волн и обнаружение ошибок в документировании размеров зонда посредством использования информационного потенциала волновых картин
- Выбор модели для определения природы импульсов волнового пакета
- Определение наиболее информативной фазы волнового пакета по мгновенным амплитудам и частотам для продольных и поперечных волн
Введение к работе
Актуальной проблемой разведки и разработки залежей нефти и газа является повышение точности и детальности изучения геологических объектов и коллекторов.
Акустический каротаж является одним из методов, повышающим достоверность геофизических исследований скважин. Он основан на измерении в скважине параметров поля упругих волн звукового и ультразвукового диапазона частот.
По кинематическим и динамическим параметрам регистрируемых волн решаются задачи литологического разделения пород, оценки петрофизических характеристик коллекторов и их проницаемости, получения упруго-механических модулей пород [45], калибровки данных сейсморазведки и т.д.
В СССР первые попытки измерения скорости упругих волн в скважинах на малых базах были осуществлены в 1937 г, [12, 66] с использованием малых взрывов.
Возникновение и развитие акустического каротажа как метода связано с именами Островского А.Е. [66], Ризничепко Ю.В [74], Каруса Е.В. [27, 37], Бер-зон И. С. [7], Епинатьсвой A.M. [7], Кузнецова О.Л. [27, 50, 89, 53], Файзуллина И.С. [1,4, 83, 84], Дуброва Е.Ф. [10, 24], Сергеева Л.А. [77, 78], Перельмана Л.А. и Рабиновича Г.Я. [46, 67, 69, 72], Дзебаня И.П. [20, 21, 70], Ивакина Б.Н. [27, 83], Козяра В.Ф. [38, 40, 41, 73], Белоконя Д.В. [73], Крауклиса П.В. [47, 48, 49], Крутина В.Н. [50, 51, 52], Ищенко В.И. [30], Добрынина В.М. [16, 22, 23], Го-роднова А.В. [ 16,23] и др.
Значительные теоретические и практические результаты получили и зарубежные ученые. Уайт Дж. Е. [93, 99, 100], Био М.А. [91, 92], Розенбаум Дж. [96, 97] и др.
В 1958 г. был создан первый макет трехэлементной установки для дискретного ультразвукового каротажа УЗКУ, разработанной под руководством Ка-руса Е.В. (ИФЗ АН СССР) [17]. Он предназначался для регистрации волновых картин в аналоговой форме и последующим вычислением вручную скоростей распространения и коэффициентов затухания продольных волн.
На семидесятые годы приходится появление и быстрый прогресс широкополосного акустического каротажа. Разработана и создана аппаратура "ЗВУК-2", предназначенная для использования при каротаже как необсаженных, так и обсаженных скважин (Карус Е.В., Кузнецов О.Л., Осадчий А.П., Векслер Б.Е., Дзе-бань И.П. и др. ВНИИЯГТ, Болычевский Ю.М., НВ НИИГТ; Цлав Л.З., ИГиР-ГИ).
Комплекс выполненных теоретико-экспериментальных исследований волновых полей в скважинах послужил основой для создания высокоэффективной аппаратуры широкополосного акустического каротажа АКН-1 и АКШ (Кузнецов О.Л., Осадчий А.П., Ягодов Г.Н. и др. ВНИИЯГТ).
Повышение информативности АК связано с использованием многоэлементных зондов и зондов с улучшенными характеристиками. Прибор АКМБ [5] имеет 2 источника и 11 приемников, АКМ-200 [5,6] - два излучателя и 16 приемников, АВАК-7 [41] состоит из двух монопольных и одного дипольного излучателя, имеет 4 приемника, два из которых-дипольные. Они предназначены
измерения параметров продольных, поперечных и волн Лэмба - Стоунли в необ-саженных и обсаженных скважинах. Все это позволило перейти на более высокий уровень регистрации волновых картин акустического каротажа.
Для обработки волновых картин разработаны различные программные пакеты: "ПАКЕТ-ВК" - ВНИИгеоинформсистем, "ГИС-Акустика" - ООО" FXC -ПНР1 [75], "КАМЕРТОН" - РГУ НГ им. И. М. Губкина [16] и др. Они обеспечивают оценку кинематических и динамических параметров продольных, поперечных и волн Лэмба - Стоунли, а также определение одноименных фаз каждой волны и автоматическое их прослеживание по глубине.
Однако в этих программных продуктах не предусматривается совместный анализ волновых картин многоэлементных зондов, использование многократности систем наблюдений, обработка отдельных фрагментов волнового пакета и что не менее существенно, оценка погрешности измеряемых параметров.
Сложность строения коллекторов, влияние процесса бурения (изменение характеристик пород в околоскважинном пространстве при проникновении бурового раствора) существенно влияют на качество интерпретации комплекса ГИС как при литологическом разделении разреза, так и при оценке петрофизи-ческих свойств пород.
Для выявления коллекторов и определения их ФЕС, для обоснования геологической информативности полевых геофизических методов и, прежде всего -сейсморазведочного, необходимо повышение детальности разделения геологического разреза на литотипы и оценка характеристик каждого из них.
Среди методов ГИС одним из наиболее эффективных и информативных является акустический каротаж (АК). Однако его текущее применение ограничено получением преимущественно кинематических характеристик волн без анализа особенностей волнового пакета.
Оценка погрешностей измеряемого параметра производится путем сглаживания его значений на некоторой базе по глубине, что не позволяет в тонкослоистом разрезе корректно разделить случайную помеху от естественного изменения значений характеристики и обосновать геологическую и петрофизическую информативность метода.
Вместе с тем, многократность систем наблюдений АК и регистрация волновых картин в цифровой форме создаст предпосылки для существенного повышения информативности акустического метода. Их использование определяет актуальность работы.
Целью работы является разработка методики детального анализа волновых пакетов упругих волн, обеспечивающей повышение информативности волнового акустического каротажа и точности оценки кинематических и динамических характеристик упругих волн, предусматривающей разделение волнового пакета на элементарные сигналы и учет многократности системы наблюдений при изучении геологического разреза скважины.
Основные задачи исследований:
1. Разработка методики анализа волновых картин акустического каротажа, обеспечивающей выделение пакета сигналов отдельной волны и его подразделение на фрагменты с оценкой их кинематических и динамических характеристик.
Анализ природы волновых пакетов акустического каротажа со сложной структурой.
Использование характеристик волновых пакетов и составляющих их элементарных сигналов для литологического разделения разреза и определения петрофизических свойств пород.
Защищаемые положения:
Использование многократности системы наблюдений акустического каротажа и разделение волнового пакета па фрагменты обеспечивают повышение точности оценок кинематических и динамических характеристик упругих волн и определение их погрешностей в каждой точке наблюдений в скважине.
Анализ составляющих волнового пакета и подбор геоакустической модели околоскважинного пространства обеспечивают прогнозирование особенностей строения геологической среды и природы отдельных фрагментов волнового пакета.
Определение наиболее информативного фрагмента волнового пакета на основе относительного расстояния значений его характеристик в разных литоти-пах пород обеспечивает оптимизацию и оценку качества литологического разделения разреза.
Научная новизна: 1. Предложена и обоснована методика анализа волновых пакетов и определения наиболее информативных их фрагментов по сопоставлению кинематических и динамических (амплитудных и частотных) характеристик упругих волн для каждого из них.
Предложена методика повышения точности и опенки погрешностей определения кинематических и динамических характеристик упругих волн, использующая многократность системы наблюдений при акустических исследованиях скважин трех - и многоэлементными зондами.
Предложены модели околоскважинного пространства, объясняющие структуру волнового пакета продольных волн, обусловленную отражениями от неоднородностей в околоскважинном пространстве в радиальном направлении.
Практическая значимость. Применение разработанной методики детального анализа волновых пакетов упругих волн и повышения точности оценки их характеристик при обработке данных волнового акустического каротажа позволяет:
Прогнозировать в необсаженных скважинах петрофизические свойства пород в условиях радиально - локально неоднородной модели околоскважинного пространства,
Произвести лнтологическое разделение разреза скважины на основе ос-редненных оценок кинематических и динамических характеристик упругих волн и их погрешностей.
Создать информационную основу для интегрирования данных ГИС и сейсморазведки, с полученными по акустическому каротажу упругими свойствами пород, и их кинематическими и динамическими характеристиками, а также за счет непрерывности получения петрофизических характеристик по разрезу скважины и оценок их погрешностей.
Предложенные методики использовались при определении коллекторских свойств (глинистость, пористость) в терригенных разрезах Западной Сибири (Заполярное и Спорышевское месторождения) и карбонатных разрезах Красноярского края (Куюмбинское месторождение), а также на объектах Республики Татарстан.
Предлагаемая методика будет наиболее эффективна при исследованиях в наклонно направленных и горизонтальных скважинах.
Апробация работы. Основные положения диссертации и результаты исследований были представлены на 4-ом Конгрессе нефтегазопромышленников России, 2-ой научный симпозиум на секции "Новые геофизические технологии для нефтегазовой промышленности (г. Уфа, 19 — 21 мая 2003 г.)", на семинаре лаб. № 6, публикации в журналах "Каротажник"№ 96,101,102.
Публикации. По теме диссертации опубликовано семь печатных работ, в том числе: в журнале "Каротажник" - три, в тезисах докладов научного симпозиума "Новые геофизические технологии для нефтегазовой промышленности" -одна, в сборнике научных трудов и препринтах ВНИИгеосистем - три работы.
Личный вклад. В основу работы положены теоретические и экспериментальные исследования автора, выполненные во ВНИИгеосистем, начиная с 1987г.
Объем работы.
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения. Общий объем работы составляет 137 страниц машинописного текста, включая 32 рисунка, 4-е таблицы и список литературы, содержащий 101 наименование.
Благодарности.
Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю кандидату технических наук Каштану С.А. за научное руководство, внимание и помощь в процессе проведения научно-исследовательских работ.
Автор искренне благодарит доктора технических наук, профессора Блю-менцева A.M. за конструктивные предложения и замечания при выполнении работы, и выражает признательность доктору геолого-минералогических наук Ахиярову В.Х. за многократное обсуждение научно-исследовательской работы.
Автор благодарен Комар КВ. (ВНИИгаз), Шпекторову А.Л., Клоковой В.П., Селезневу И.А. (ПетроАльянс), Иксанову А.Я., Козлову А.С, Спивак Я.Э., Новиковой И.И., Алфосовой Е.И. за консультации при проведении исследований и компьютеризированной обработке результатов, а также Цирульникову В.П. и Аркадьеву Е.А. за предоставленные материалы.
Задачи, решаемые акустическим каротажем
Совершенствование средств наблюдений (регистрации) и методов обработки волновых картин обеспечило расширение круга решаемых задач, и повышение качества оценки изучаемых характеристик.
Задачи, решаемые с применением акустического каротажа,можно разделить на: I. Промыслово-геологические: -установление границ пластов с различными физическими свойствами; -определение литологического состава выделенных пород. 2. Определение петрофизических характеристик пород в комплексе с ядерно-геофизическими, электрическими и другими методами ГИС. 3. Корреляция разрезов между скважинами. 4. Определение типа коллектора и его свойств: - выделение гранулярных коллекторов с межзерновыми порами, оценка их глинистости и пористости; - выделение трещинно-кавернозных коллекторов, оценка вторичной пористости; - оценка текущей насыщенности; - выделение проницаемых интервалов и оценка фильтрационных свойств пород. 5. Оценка технического состояния необсаженных и обсаженных скважин: - исследование геометрии ствола скважины (кавернометрия и профиле-метрия стенок скважины); - определение механических свойств обсадной колонны (смятие, порывы и др.); - определение качества цементирования обсадной колонны; - определение качества крепления обсаженной скважины в процессе эксплуатации. 6. Интегрирования с данными сейсморазведки: - построение геоакустической модели среды; - обеспечение эталонировки данных сейсморазведки. Решение указанных задач возможно при разделении волн по типам, определении их природы, получении кинематических и динамических (амплитудных, частотных и спектральных) характеристик. Помимо принципиальных положений, указанных выше, необходимо рассмотреть особенности конструкций приборов и применяемую методику наблюдений.
Серийные отечественные приборы последнего поколения АКВ-1[5], АКШ [2,3], АК-73П [79] и другие обладают измерительными зондами, оснащенными однотипной широкополосной системой излучения и приема упругих колебаний, и схемами возбуждения излучателей (для каждого приемника происходит отдельный акт излучения, что накладывает ограничения на принимаемые сигналы), по крайней мере, на двух частотах. А также для оценки параметров Р, S, Ъ-St-волн в составе аналоговых каротажных станций. Вычисление кинематических параметров (Т1,Т2 и интервальное время) и динамических (амплитуды по каналам и затухания) по Р и S-волнам производится панелью типа АНК-М. Результат выдается в виде бумажной копии. Для регистрации, оцифровки и обработки волновых картин используются каротажные регистраторы "Карат-П"[41], ПВК [59, 88] и др.
Прибор АКВ-1 используется для исследования необсаженных и цементо-метрии обсаженных скважин. Оснащен излучателем с перестраиваемой частотой 12 (или 22) кГц и шестью широкополосными приемниками, из которых два л ю бък вместе с излучателем составляют трехэлементный зонд. Длина зонда регулируется от 1.2 до 3.6 м. Расстояние между приемниками 0.4 м.
Аппаратура АКШ предназначена для исследований в необсаженных и обсаженных скважинах и получения оценок кинематических и динамических параметров Р, S, L-St-волн. Возможна реализация трех значений длины зонда 1.2, 2.2, 3.2 м. Излучатель работает в трех режимах частот: НЧ, ВЧ и комбинированном (НЧ и ВЧ излучаются поочередно). Режим НЧ - 12 ± 2 кГц, ВЧ - 22 ± 4 кГц. Расстояние между приемниками 0.4 м. Коэффициент усиления регулируется с панели управления и может изменяться в процессе проведения измерений.
Трехэлементные с компенсированным зондом (АК-73П) предназначены для измерения параметров продольных и поперечных волн (интервальное время, затухания). Оснащены двумя излучателями, которые обеспечивают возбуждение широкополосных акустических импульсов со спектром частот 10-30 кГц и двумя приемниками. Расстояние между парами излучателей и приемников равно 0.4 м. Прибор имеет относительно малую длину (4.3 м). Может работать в двух режимах:-компенсированного АК;-контроль качества цементирования.
В первом режиме строится две пары встречных трехэлементных зондов, во втором - обычная схема контроля качества цементирования. Имеет постоянный коэффициент усиления.
Качество измерений АК повысилось при использовании мпогоэлементных скважинмых приборов, оснащенных излучателями с широким частотным спектром (1-20 кГц) и антенной приемников.
Прибор АКМБ имеет 2 источника на расстоянии 0.5 м и 11 приемников, расположенных на расстоянии 0.05 м друг от друга, и составляют антенну длиной 0.5 м, отстоящую на 1.5 м от ближнего излучателя. Излучатели работают поочередно при подъеме прибора на 0.05 м. Прибор АКМ-200 - два излучателя и 16 приемников, расположенных на расстоянии 0.! м. Удаление до первого приемника 2.4 м. Возможна реализация длинных измерительных зондов (до 10 м) посредством гибкой дополнительной вставки. Прибор предназначен для измерения параметров продольных и поперечных волн в необсаженных и обсаженных скважинах. Прибор АКД-8 [71] содержит 1 излучатель и 8 приемников. Расстояние от излучателя до первого приемника 2.4 м. Шаг между приемниками 0.1 м. Выполняемые функции аналогичны предыдущим приборам. Разница в том, что оцифровка сигнала в АКД-8 производится внутри прибора, и данные передаются на дневную поверхность в цифровом коде.
В отличие от рассмотренных скважинных приборов АК в АВАК-7 [41, 5], имеется дипольныи излучатель, который обеспечивает раздельное возбуждение и регистрацию волн различных типов. Конструктивно он состоит из двух монопольных, расположенных на расстоянии 0.6 м излучателей, работающих на частоте 20 (12) кГц и 8(2.5) кГц, и одного дипольного излучателя. Частота излучения 3-8 кГц. АВАК-7 имеет четыре приемника. Два из них — монопольные, два -дииольные. Расстояние между ближайшими дипольными излучателями и при
Повышение точности оценок характеристик волн и обнаружение ошибок в документировании размеров зонда посредством использования информационного потенциала волновых картин
Повышение точности оценок характеристик волн возможно посредством использования известного принципа взаимности [18] и протяженности во времени волнового пакета. Их совокупность обеспечивает осреднение условий излучения-приема и снижение влияния эффектов интерференции волн.
Согласно принципа взаимности для любого многоэлементного зонда (и стандартного трехэлементного, в частности), может быть синтезирован его компенсированный аналог. Подобное решение известно, а его использование в упрощенном виде представлено в [58;,3$
В результате применения принципа взаимности формируются две схемы измерений: с общим излучателем (источником) (ОИ) и общим приемником (ОП) (рис. I), что соответствует рассмотренным выше "подошвенному" и "кровельному" трехэлементным зондам. При этом положение излучателя относительно приемников (над или под) не существенно. Однако для определенности в последующем изложении зонд с источником, расположенным над приемниками, будем называть прямым (или стандартной схемой измерения И1, ПІ, П2). Соответ ственно, синтезированный зонд с общим приемником, расположенным ниже излучателей, будем называть псевдокомпенсированным (псевдокомпенсированная схема измерения И2, П1.2, П2.2; ИЗ, П1.3, П2.3). Синтезированный зонд строится на основе измерений, полученных стандартным зондом. Излучатель И2 будет располагаться на глубине приемника П1, излучатель ИЗ-на глубине приемника П2 стандартного зонда. Приемники П2.2 и П1.3 являются общей точкой приёма (ОП). Определяемой величиной между значениями, зарегистрированными приемниками, будет разность времен (интервальное время),отнесенная к значениям на глубинах излучателей И2 и ИЗ. Совокупность стандартной и синтезированной схем образуют комбинированную схему измерений.
При наличии результатов автоматического или полуавтоматического прослеживания тех или иных особенностей (фаз) сигналов на волновых картинах АК по каждому из приемников на основе описанной схемы измерений получим для каждой точки глубины два значения разностного параметра (Р,Р) на базе зонда, в частности, оценок интервального времени (dt) и логарифма отношения амплитуд сигналов (а).
Они будут соответствовать одной базе (S) измерения, но разным путям распространения волн по интервалам разреза, расположенным соответственно над и под базой измерения. Учет влияния критического угла падения волны на стенку скважины приводит к незначительным смещениям (dh) по глубине баз измерения рассматриваемых зондов:где dl - расстояние между стенкой скважины и прибором;dt , dtnop (dt соответствует At) время распространения волны соответственно в промывочной жидкости и породе. Они составляют первые сантиметры и малы в сравнении с базой измерения зонда, в связи с чем, ими можно пренебречь. Однако при необходимости в последующей обработке смещение dh может быть учтено.
Наличие двух значений разностного параметра dt, а создает также предпосылки не только для уточнения его оценки, но и для установления корректности прослеживания сигналов и правильности документирования условий проведения исследований АК (в частности, уточнения размеров зонда). Последнее связано с тем, что ошибка в значении длины зонда приводит к регулярному смещению годографов времен волн для псевдокомпенсированного зонда относительно стандартного. Уточнение длины зонда в этом случае направлено на устранение смещения. Локальные же смещения годографов времен волн обусловлены ошибками в отождествлении прослеживаемых особенностей пакета на разных глубинах. Устранением этих ошибок ликвидируются и вызванные ими локальные смещения.
Пример такого решения приведен на рис. 2, где показан эффект некорректного прослеживания осей сипфазности сигналов. В интервале глубин 2439.0 - 2443.0 м наблюдается резкое различие в значениях интервального времени продольной волны, измеренных по стандартной (dt) и псевдокомпеисированной (dtK) схемах измерения (левая колонка на рис. 2).
Выбор модели для определения природы импульсов волнового пакета
При анализе волновых картин акустического каротажа первоначально необходимо определить: 1. Времена вступлений волновых пакетов (если они не указаны в паспорте записи волновых картин АК) в тех случаях, когда необходимы: - оценка качества измерений параметров (соответствие Т и At); - оценка типа (природы) волны; - построение модели околоскважиниого пространства и учет геометрии ствола скважины. Провести оценку времени вступления волны возможно, используя известную лучевую схему для преломленной волны. На основе расчетов, полученных по данной схеме,были определены времена вступлений в глинах и песчаниках для продольных и поперечных волн. Элементарный сигнал, полученный по первым трем фазам волновой картины рис. 11, осредненный на интервале глубин ( 4 -5 м \ не подвержен интерференции и обладает унимодальным спектром, что говорит о единой природе фаз элементарного сигнала. Осредненные на интервале глубин волновые картины представлены на рис. 12, а результаты наблюденных и расчетных значений времен вступлений для продольных и поперечных волн в таблице №2, По совокупности наблюденных и вычисленных значений времен вступлений в указанных литотипах пород построена гистограмма распределений времен запаздывания вступлений указанных волн (рис. 13). Величина этих запаздываний определяется при регистрации волновых картин, задается оператором и служит для уменьшения времени записи на носитель в целях экономии.
Анализ показывает, что по полученным данным оценка среднего значения времени запаздывания волны составляет 360 мке, а оценка среднего значения отклонения (— 9.8 мке ) — это в пределах погрешности измерения. Таким образом, для определения времен вступления продольных и поперечных волн в указанном разрезе необходимо учитывать задержку во времени равную 360 мке. 2. Произвести их разделение по типу волн. Для разделения волн по типу используются следующие основные признаки: а) кинематические, которые используют: - соотношение времен вступления продольных и поперечных волн - проверку параллельности годографов фаз волнового пакета, а по ним вычисляется интервальное время для отдельных фаз, если соблюдается параллельность годографов и равенство скоростей, то можно говорить об унимодальном сигнале и принадлежности его к одному типу волны. Отсутствие указанных признаков говорит о не принадлежности данного фрагмента к исследуемой волне. б) амплитудные и частотные параметры: - отношение амплитуд продольных и поперечных волн As/Ap 5; fp/fs =1.2— 1.5 - в плотных и высокоскоростных породах, если породы низкоскоростные и имеются микротрещины, то As/Ap 5 и fp/fs 1.3. в) фазокорреляционные диаграммы позволяют визуально, на качествен ном уровне, более уверенно выделять поперечные и другие типы волн на фоне продольных. Суть его в том, что на границе пород, в которых скорости распро странения волн различны, углы наклона фазовых линий различных типов волн отличаются, при этом, чем меньше скорость распространения волны, тем больше угол наклона фазовых линий. Для выбора модели и определения природы импульсов волнового пакета рассмотрим реализацию предложенной схемы на примере анализа волновых картин, зарегистрированных в терригенном и карбонатном разрезах. В первом из них выделяются три базовых литотипа: песчаники-коллекторы, (плотные) карбонатизированные песчаники и глины. Анализ формы осредненных на интервале глубин волновых пакетов головной продольной волны для каждого литотипа (рис. 12) показывает, что волновой пакет имеет явно выраженный интерференционный характер, отмечаемый как по особенностям амплитуд колебаний во времени, так и по полимодальности спектров. Значения амплитуд (рис. 14) для 1-го и 2-го каналов прсдставленных выше волновых картинах (ВК), изменяются в зависимости от номера фазы в глинах и песчаниках.
На рис. 15 показан график сдвига (Д1ф=1/2Т, где Т - период сигнала) между экстремумами фаз. Эти параметры изменяются в зависимости от номера фазы. Общая протяженность пакета по уровню амплитуд 0,25 от максимальной составляет -250 мкс. Интервал регистрации от 200 до 450 мкс. В пределах пакета можно выделить три относительно простых импульса. Первый из них отличается стабильной и, в первом приближении, одинаковой формой для всех литотипов. Интервал регистрации 200 — 290 мкс, число экстремумов фаз-три. Последующие импульсы (t = 290 - 450 мкс) отличны от первого по форме - уменьшенные амплитуды, пониженные видимые частоты. Автором совместно с Капланом С.А. показано, что с использованием методики псевдокомпенсированного зонда [33], оценки интервальных времен (AW), вычисленные для каждого экстремума фаз рассматриваемого волнового пакета (рис. 16) свидетельствуют о том, что они для каждого литотипа по экстремумам первого импульса постоянны, а для последующих импульсов-изменяются. Причем интервальные времена первого импульса с учетом размеров зонда удовлетворяют условиям распространения головной продольной волны вдоль границы жидкость - порода.
Для определения природы последующих импульсов рассмотрим трехслойную модель среды, в которой на некотором удалении по радиусу от скважины в породе существует слой № 3, отличающийся от прилегающего к скважине слоя акустической жесткостью. В такой модели среды помимо преломленных волн существуют и отраженные.
Для определения принадлежности волны к отраженной или кратно-отраженной, были рассмотрены предложенные выше модели среды околоскважинного про
Определение наиболее информативной фазы волнового пакета по мгновенным амплитудам и частотам для продольных и поперечных волн
Одними из основных задач, стоящими перед современным акустическим каротажем., является повышение разрешающей способности волновых картин и увеличение количества информации извлекаемой из акустической записи. Авто-ром совместно с Каштаном С.А. показано [35,36], что одним из средств, предназначенных для решения задач такого рода, является использование динамических особенностей записи, оцениваемых с помощью преобразований Гильберта (мгновенных характеристик). Для установления реальной информативности фрагментов волнового пакета определяются значения мгновенных амплитуд и частот. По ним строятся графики зависимости полученных оценок от номера фазы фрагмента продольных и поперечных волн для базовых литотипов (см. рис. 25,26).
При этом, протяженность фрагментов во времени фиксирована. Из рассмотрения представленных зависимостей следует, что наилучшее разделение литотипов обеспечивается по значениям амплитуд. Различие составляет более 60 % для продольных и 47 % для поперечных волн. Изменения в значениях частот меныие-29 и 24 % соответственно.
Подобные зависимости получаются при различных параметрах вычислений для исследуемых типов волн. По этим результатам производится выбор характеристик с наилучшим разделением литотипов.4.3. Выбор условий расчета характеристик с наилучшим разделением литотипов
С целью установления оптимальных параметров расчета характеристик для лучшего разделения базовых литотипов целесообразно использовать оценку относительных расстояний (Д) между средними величинами значений характеристик для каждого из них:где P ij, P2,ij, cFijj, O2.1J - соответственно оценки средних значений идисперсий для литотипов «1» и «2» і-ой характеристики при j-ом наборе параметров: номера элемента (фазы) фрагмента и величины его протяженности во времени.
Полученные результаты расчета оценок (Д) представлены для пакетов продольных и поперечных волн на рис. 27 и 28. Из их рассмотрения следует, что наилучшее разделение литотипов обеспечивается: 1. По амплитудам:- для продольной волны - (Д 5,0) при фрагменте по фазе №. 4 и его протяженности во времени 72 - 80 мкс;- для поперечной волны - максимум относительного расстояния (Д 2,75) достигается по фазе№ 3 и протяженности во времени 112-128 мкс.2. По частотам - для продольной волны (Д 2,35) и для поперечной волны (Д 1,2) при тех же параметрах обработки.
Следует отметить, что в характеристиках продольных (амплитуды) и поперечных волн (частоты) имеют место достаточно высокие значения Д для 2-ой и 4-ой фазы (соответственно), однако, уровень значений амплитуд у них ниже, чем у четвертой и третьей фаз.
Таким образом, совокупность представленных зависимостей обеспечивает выбор условий расчета характеристик, отличающихся наилучшим разделением литотипов.
В процессе исследований было проведено определение литологического состава горных пород по акустическим параметрам продольных и поперечных волн, вычисленных по вышеописанной методике и по стандартным методам ГИС (ПС, ГК, НГК, ГПС и др.). Для этих целей применялась программа (о которой говорится в первой главе), позволяющая использовать многомерные связи для решения задач оценки состава горных пород с помощью ЭВМ.
В результате анализа выяснилось, что по акустическим параметрам было выделено шесть объектов, а по стандартным методам-на два объекта меньше. Данные анализа не противоречат показаниям стандартных методов ГИС.
