Введение к работе
Актуальность темы
Структура горных пород в самом общем представлении характеризует их гетерогенность. Более определенный смысл она приобретает для конкретных типов пород. Так, среди осадочных горных пород могут быть мелко- или крупнозернистые песчаники, мелкопористые или кавернозно-пористые известняки и так далее. Структура может определяться напрямую визуально, но чаще она должна быть определена по значениям каких-либо физических параметров среды: электрических, магнитных, акустических и т.д. Здесь не бывает определенности, а может лишь быть произведена оценка с той или иной степенью достоверности. В ряде горно-геологических производств некоторые типы структуры горных пород выделяются особо, поскольку приобретают большое практическое значение. При разработке твердых полезных ископаемых, например, калийных солей, наличие различного рода структурных аномалий горных пород, прежде всего трещиноватости, оказывает влияние на состояние горного массива, его прочностные свойства. В нефтяной геологии, где геофизические исследования скважин направлены главным образом на выявление пород-коллекторов и определение их параметров, информация о структуре особенно актуальна, поскольку кавернозные, брекчированные, трещиноватые породы обладают повышенными коллекторскими свойствами. В этой связи любая новая информация, любой новый параметр, характеризующий структуру, становятся значимыми, поскольку в арсенале геофизических исследований скважин (ГИС) соответствующих методов явно недостаточно.
В практике скважинных исследований все большее распространение находит волновой акустический каротаж (АК), который постепенно вытесняет аналоговый, входящий в стандартный комплекс ГИС нефтяных и газовых скважин. В волновом АК в каждой точке по глубине регистрируются не отдельные параметры приходящего акустического сигнала, как это имеет место в аналоговом, а записывается весь сигнал, который предварительно оцифровывается. По этим записям можно проследить не только время прихода продольных и поперечных волн, но и форму соответствующих им сигналов. Так, контрастные, достаточно раскрытые трещины проявляются на фазокорреляционных диаграммах в виде секущих осей синфазности. Но такие оси не прослеживаются для менее контрастных трещиноватых структур. В то же время, исследования показывают, что в интервалах трещиноватости изменяется форма как поперечных, так и продольных волн. Именно в форме сигналов может содержаться информация о структуре горных пород; форму сигналов удобно описывать в терминах их частотного состава. Поэтому исследование спектральных параметров головных волн представляется в этом смысле весьма перспективным.
I сое. нацио"яалымя і
3 j 6ИБЛИОТЕКА І
Целью работы является получение информации о структуре горных пород средствами акустического каротажа на основе изучения взаимосвязей спектральных параметров головных волн в различных типах геологического разреза.
Основные задачи исследований
1. Разработка программных средств обработки и анализа данных
волнового АК.
-
Вычисление параметров головных продольных и поперечных волн в различных типах геологического разреза во временной и частотной области.
-
Выявление и анализ особенностей в поведении параметров волн в неоднородных разрезах. Моделирование различных эффектов, искажающих динамические параметры.
-
Анализ взаимосвязи кинематических и динамических параметров головных волн. Рассмотрение возможных механизмов этой взаимосвязи.
5. Оценка структуры горных пород на основании выявленных
соотношений параметров головных волн.
Научная новизна
Показано, что о структуре горных пород можно судить по взаимоотношению скорости и затухания упругих волн. Чтобы этот подход использовать в акустическом каротаже, необходимо, прежде всего, определять истинный, характеризующий горные породы, частотно-зависимый коэффициент затухания.
Установлено, что в акустическом каротаже аномальное поведение коэффициента затухания, которое проявляется в виде резко возрастающих, а также убывающих функций частоты, сопровождается согласующейся по величине и знаку квазидисперсией. Последняя оценивается разностью группового и фазового интервального времени. Этот эффект является локальным - проявляется в области излучения и приема.
Моделирование показало, что взаимообусловленность
квазидисперсии и параметра затухания имеет своей причиной интерференцию волн. Интерференция головных волн происходит при их рассеянии на мелкомасштабных неоднородностях в области излучения и приема.
Разработан алгоритм вычисления физически достоверного параметра затухания, использующий взаимосвязь между квазидисперсией и параметром затухания для компенсации влияния интерференционного эффекта неоднородностей прискважинного пространства. Алгоритм перспективен для выявления структурных особенностей горных пород, таких как улучшенные коллекторские свойства, трещиноватость карбонатных пород, степень неоднородности и расслоение соляных пород.
Основные защищаемые положенья
-
Программное обеспечение для исследования спектральных параметров акустических сигналов, позволяющее всесторонне анализировать скважинные волновые и другие материалы путем различной компоновки изучаемых характеристик сигналов и математического моделирования (вычислительные модули, библиотеки подпрограмм).
-
Взаимосвязь квазидисперсии и параметра затухания, обусловленная рассеянием головных волн на неоднородностях разреза и неровностях стенок скважины в области излучения и приема.
-
Алгоритм расчета коэффициента затухания, исключающий влияние мелкомасштабных неоднородностей, основанный на результатах моделирования взаимосвязи между квазидисперсией и параметром затухания сигналов.
-
Оценка структуры горных пород по спектральным параметрам головных волн: в карбонатном разрезе - выявление интервалов трещиноватости и пористых горных пород с улучшенными коллекторскими свойствами; в соляной толще - оценка степени неоднородности карналлитовых пластов и выявление расслоенных круто падающих пластов.
Практическая значимость
Разработан алгоритм вычисления по материалам АК еще одного, наряду со скоростью, физического параметра - параметра затухания. Это открывает возможность вовлечения динамических параметров в количественную интерпретацию, в частности позволяет оценивать структуру горных пород по соотношению скорости и параметра затухания. Полученные в ходе работы совокупности признаков и алгоритмов позволили выявить по волновым материалам ряд особенностей строения пересеченных скважинами горных пород.
Апробаиия работы
Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на научных сессиях Горного института УрО РАН (Пермь, 2002 - 2005), 3-й, 4-й, 5-й и 6-й Уральских молодежных научных школах по геофизике (Екатеринбург, 2002, 2004; Пермь, 2003, 2005), Нижегородской акустической научной сессии (Нижний Новгород, 2002), 1-й и 2-й Сибирских международных конференциях молодых ученых по наукам о земле (Новосибирск, 2002, 2004), Девятой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (Красноярск, 2003), 13-й сессии Российского Акустического общества (Москва, 2003), Международных конференциях-конкурсах молодых ученых и специалистов «Геофизика-2003» и «Геофизика-2005» (Санкт-Петербург, 2003, 2005), Третьих научных чтениях памяти Ю.П. Булашевича (Екатеринбург, 2005).
Публикации
Основные положения диссертации изложены в 16 печатных работах.
Реализаиия работы
Составленные в ходе работы признаки и алгоритмы обработки использовались в госбюджетных и договорных исследованиях, связанных с изучением строения соляной толщи в пределах Верхнекамского месторождения калийных солей: по достаточно большому количеству скважин (порядка 100) рассчитаны каротажные кривые спектральных параметров головных волн, на основании чего сделаны выводы о возможной нарушенности соляных пород в ряде рассмотренных интервалов. Результаты переданы в соответствующие службы ОАО «Уралкалий» и ООО «Лукойл-Пермь».
Объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения и содержит 120 страниц текста, 60 рисунков, 1 таблицу и список литературы - 115 наименований.
Личный вклад
Основой диссертации является большой объем проведенных автором экспериментальных исследований волновых акустических сигналов.
Автор благодарит научного руководителя профессора Новоселицкого В.М. за предоставленную возможность проведения исследований и старшего научного сотрудника Горного института Сидорова В.К. за помощь в проведении и обсуждение результатов работ.
Похожие диссертации на Оценка структуры горных пород по материалам акустического каротажа
