СКАЧАТЬ:  2ya.zip [438,15 Kb] (cкачиваний: 230)

РЕФЕРАТ:

По курсу: Промыслово-геофизические методы и приборы

На тему: « Литологическое расчленение разрезов по акустическому каротажу. Определение пористости по акустическому каротажу».

Содержание

Введение……………………..…………………………………………………..3

1. Акустический каротаж………….……....………………………………..…..6

2. Стратиграфическое и литологическое расчленение разреза скважин..…..8

3. Определение пористости пород по данным акустического  каротажа.….10

Заключение……………..…………………………………………………….....16

Введение

        Акустический каротаж (а. acoustic velocity logging; н. akustische Bohrlochmessungen, akustische Karottage; ф. carottage acoustique; и. perfilaje ecoico) — метод геофизических исследований в скважинах, основанный на изучении акустических свойств (скоростей распространения и затухания упругих волн) горных пород, пересечённых скважиной.

Используется при поисках и разведке месторождений, контроле технического состояния скважин, интерпретации данных сейсмической разведки, а также при решении инженерных геологических задач. Первые образцы аппаратуры акустического каротажа выполнены в 1950-х гг. в CCCP и США; промышленное применение начато с 1960. При акустическом каротаже используют звуковой (0,5-15 кГц) и ультразвуковой (20-50 кГц, 0,3-2,0 МГц) диапазоны частот. Акустический каротаж проводят с помощью глубинного датчика, связанного каротажным кабелем с наземными измерительными и регистрирующими приборами. Основные элементы глубинного прибора — излучатели и приёмники упругих волн, а также акустические изоляторы, предотвращающие распространение упругих волн по корпусу глубинного прибора. Излучателями служат магнитострикционные преобразователи, изменяющие радиус металлическими (пермендюр, никель) цилиндра под действием переменного магнитного поля, или пьезоэлектрические преобразователи из титаната бария, цирконата свинца, создающие колебания в результате воздействия переменного электрического поля. Приёмники — пьезоэлектрические элементы, преобразующие механическую энергию упругих волн в электрические импульсы.

При проведении акустического каротажа электрические импульсы поступают из блока синхронизации и управления в излучатели, где преобразуются в импульсы упругих колебаний длительностью 5-10 мс; преобладающая энергия этих импульсов сосредоточена в полосе частот 10-15 кГц. Измеряют времена пробега основных типов волн и коэффициент затухания. По результатам измерений строят геоакустические модели разрезов скважин для интерпретации данных сейсморазведки, проводят оценку пористости продуктивных пластов, определяют упругие модули горных пород (модули Юнга, сдвига, объёмного расширения), выявляют зоны повышенной трещиноватости и кавернозности. Совместное использование данных акустического, электрического и радиоактивного каротажа позволяет осуществлять литологическое расчленение разрезов, выявлять коллекторы нефти, газа, определять коэффициент насыщения, контролировать разработку месторождений нефти и газа.

1. Акустический каротаж

Горные породы являются упругими телами, которые под действием внешней возбуждающей силы, претерпевают деформации объема (растяжение и сжатие) и деформации формы (сдвига).

Последовательное распространение деформации называется - упругой волной. Первое отклонение частицы от положения покоя называется - вступлением волны.

В акустическом каротаже различают (регистрируют) несколько типов волн:

Продольные волны связаны с деформациями объема твердой или жидкой среды, а поперечные с деформациями только твердой среды. Продольная волна представляет собой перемещение зон сжатия и растяжения вдоль луча, а поперечная - перемещение зон скольжения слоев относительно друг друга в направлении перпендикулярном лучу.

 Продольные волны распространяются в 1,5-10 раз быстрее поперечных

Упругие (акустические) волны, как и все прочие волны, характеризуются определенным набором свойств. К этим свойствам относят: частоту волны, длину волны, скорость и амплитуду (затухание).

При проведении акустического каротажа наибольший практический интерес представляют два параметра волн – скорость и амплитуда. Следовательно, горные породы вскрытые скважиной можно изучать как по скорости распространения колебаний, так и по их затуханию.

Простейший измерительный зонд АК (рис.1) содержащий в своем составе излучатель (И) упругих волн звукового (2-20 кГц) и ультразвукового(2-60 кГц) диапазонов частот и расположенный от него на определенном расстоянии (1,4-3,5 м) широкополосный приемник.

Для проведения АК применяются и более сложные трех – и более элементные приборы.

Акустический каротаж на преломленных волнах

Акустический каротаж на преломленных волнах предназначен для измерения интервальных времен Dt (Dt =1/v, где v – скорость распространения волны, м/с), амплитуд А и коэффициентов эффективного затухания a преломленной продольной, поперечной, Лэмба - Стоунли продольных волн, распространяющихся в горных породах, обсадной колонне и по границе жидкости, заполняющей скважину, с горными породами или обсадной колонной. Единицы измерения – микросекунда на метр (мкс/м), безразмерная (для А) и a-децибел на метр (дБ/м) соответственно.

Данные АК применяют:

1. для литологического расчленения разрезов и расчета упругих свойств пород;
2. локализации трещиноватых пород, трещин гидроразрывов и интервалов напряженного состояния пород;
3. определения коэффициентов межзерновой и вторичной (трещинно-каверновой) пористости коллекторов и характера их насыщенности;
4. выделения проницаемых интервалов в чистых и глинистых породах;
5. расчета синтетических сейсмограмм и интеграции результатов скважинных измерений с наземными и скважинными сейсмическими данными.

Измерения выполняют в необсаженных и, при определенных ограничениях, обсаженных скважинах, заполненных любой негазирующей промывочной жидкостью.

Скважинные приборы центрируют.

Рис.1. Схема работы скважинного прибора акустического каротажа.

Итак, данные АК применяются для решения следующих задач:

В открытом стволе:

¨              Литологическое расчленение разреза.

¨              Определение коэффициента пористости коллекторов.

¨              Определение кинематических свойств горных пород для корреляции данных сейсморазведки.

В обсаженной скважине:

¨            Контроля качества цементажа эксплуатационных колонн.

¨            Контроля технического состояния труб эксплуатационной колонны.

Акустический метод контроля качества цементажа ,использующий свойства преломленной волны, позволяет:

-определять высоту подьема сформировавшегося цементного кольца (при определенных условиях);

-определять интервалы бездефектного цементного кольца;

-выделять интервалы с дефектами цементного кольца и оценивать размеры дефектов;

-определять влияние механических и других воздействий на состояние цементного кольца.

2. Стратиграфическое и литологическое расчленение разреза скважин

Стратиграфическое расчленение разреза является одной из первых задач при выполнении геофизических исследований бурящихся скважин. При решении данной задачи основной целью является геологическая увязка положения забоя скважины. Как правило, данная информация необходима для определения интервалов отбора керна или проведения испытания скважины. Расчленение разреза скважин по данным каротажа может быть проведено двумя способами:

1. Расчленение на пласты с помощью прямых определений их параметров по результатам анализов образцов керна и шлама, поинтервальных гидродинамических исследований с контролем получаемых результатов по каротажу. При этом для каждого из выделенных пластов устанавливают его геофизические характеристики по данным всех примененных методов каротажа. Совокупность характеристик, свойственная пластам каждого литологического типа, используется для оценки их литологии по данным каротажа в скважинах, где отсутствуют прямые определения параметров пластов.
2. Расчленение непосредственно по данным каротажа с учетом связей между его показаниями и искомыми литологическими характеристиками пород.

    Практически литологический характер пластов определяется обоими способами с максимальным использованием описаний и анализов керна, шлама и других геологических материалов. Керн предварительно увязывают с данными каротажа, с использованием границ пластов, литология которых надежно определена непосредственно по каротажу.

    При изучении литологии пластов используют результаты исследования, проведённого всеми применяемыми геофизическими методами. Основными методами ГИС для литологического расчленения в песчано-глинистом разрезе являются: микрозонды, ПС и КС; дополнительными: ГК, НГК, АК, КВ. При расчленении карбонатного разреза основные методы – это КС, НГК и АК; дополнительные – ПС, ГК, КВ.

    Окончательное заключение по стратиграфическому и литологическому расчленению исследуемого разреза скважины входит в результаты комплексной интерпретации данных ГИС.

3. Определение пористости пород по данным акустического  каротажа

Зависимость между пористостью породы и временем пробега продольной волны по породе отвечает уравнению среднего времени Трудность использования этого уравнения заключается в сложности выбора основных параметров Δt_ж и Δt_м, изменяющихся от площади к площади в широких пределах. Величина Δt_м зависит от минералогического состава скелета породы и для конкретных типов отложений постоянна. В породах с мономинеральной твердой фазой Δt_м соответствует интервальному времени распространения упругих волн в породообразующем минерале (кварце, кальците, доломите и т. д.). На рис. 140, а показана зависимость k_п от Δt_п для однородных неглинистых пород с межзерновой пористостью.При содержании в скелете породы нескольких минералов, различающихся по своим упругим свойствам, Δt_м определяется как средняя взвешенная величина. Среднее значение скорости распространения волн в осадочных породах составляет 2500—4000 м/с (см. табл. 1).

Основные факторы, влияющие на скорость распространения упругих колебаний в горных породах: литолого-минералогический состав, поровое пространство, заполненное жидкостью, форма и размер пор, степень насыщения пор жидкостью или газом, степень цементации, текстурные и структурные особенности, разность горного и пластового давлений (эффективное давление) и др.

В ряде случаев необходимо определить интервальное время пробега упругой волны в минеральном скелете породы Δt_м для конкретного интервала геологического разреза. Это достигается сопоставлением интервального времени, отсчитанного по диаграмме акустического каротажа Δt, со значениями пористости k_п, определенными по керну или одним из геофизических методов. Полученные данные используются для нахождения по Δt параметра k_п (рис. 140, б).

Усредненная прямая, проведенная через нанесенные точки, отсекает на оси времен значение Δt_м при k_п=0. Если пористость по разрезу изменяется слабо, значение Δt_м определяют для каждого относительно однородного пласта:

где Δt_ж — время пробега упругой волны в жидкости, заполняющей поровое пространство породы.

Скорость распространения упругих колебаний в воде зависит от минерализации, температуры и давления и определяется с помощью номограммы (рис. 141). С повышением минерализации воды скорость увеличивается. Например, при росте минерализации воды от 0 до 200 г/л скорость распространения волн при 20 °С увеличивается от 1475 до 1700 м/с, т. е. на 18 %. При повышении температуры до 70 °С наблюдается заметное возрастание скорости распространения упругих волн: при дальнейшем увеличении температуры воды — тенденция к снижению скорости.

Скорость распространения упругих волн в нефти и газе меньше, чем в воде. Это объясняется в первую очередь большей по сравнению с водой сжимаемостью углеводородов. Так, скорость распространения волн в песке, полностью насыщенном нефтью, на 15—20% меньше, чем в песке, заполненном водой. В общем случае существуют зависимости v_{P вп}>v_{P нп}>v_{P гп} и v_{S вп}>v_{S нп}>v_{S гп}. Пределы изменения колеблются от 0 до 20%.

На практике в связи с наличием зоны проникновения в проницаемых пластах скорости распространения волн в нефтегазоносных или водоносных пластах различаются несущественно, поэтому независимо от характера насыщения проницаемых пород, вскрываемых скважиной, допускается, что скорость распространения волн в воде v_ж=1600 м/с.

С повышением давления происходит увеличение скорости распространения упругих волн. Например, в воде, находящейся под давлением около 60 МПа, скорость увеличивается на 7 % по сравнению со скоростью в воде, находящейся при атмосферном давлении. При низком давлении даже очень небольшое содержание газа в жидком заполнителе пор приводит к резкому уменьшению скорости распространения волн в пласте. С ростом давления наблюдается плавное увеличение скорости в породе, содержащей газ.

На скорость распространения упругих волн в породе большое влияние оказывает разность горного и пластового давлений (эффективное давление). С увеличением разности давлений скорость возрастает сначала быстро, а затем медленно, пока разность давлений не достигнет некоторого предельного значения. С глубиной разность горного и пластового давлений возрастает, что вызывает увеличение скорости распространения упругих волн. Уравнение среднего времени (V.7) считается справедливым для предельной разности давления 30—40 МПа, в общем случае соответствующей глубинам более 3000 м. Под влиянием эффективного давления происходит процесс сближения и переупаковки зерен, что обеспечивает взаимный контакт большинства зерен и ведет к постепенному увеличению скорости vn. Дальнейшее ее увеличение определяется контактной упругостью зерен и при давлении, превышающем предельное, растет очень медленно.

На скорость оказывает влияние и тип цемента, который принято делить на вязкий (глинистый) и жесткий (карбонатный, кварцевый и пр.). Увеличение количества жесткого цемента соответствует увеличению доли твердой фазы в единице объема среды, уменьшению пористости, росту модуля упругости и повышению скорости распространения волн. В случае увеличения объемной доли глинистого цемента, обладающего высокой сжимаемостью и пластичностью, наблюдается снижение объемного модуля упругости среды и скорости распространения упругих волн.

При значительной объемной глинистости породы для определения k_п используют обобщенное уравнение среднего времени для пород с любой глинистостью:

где Δt_гл — интервальное время глин, зависящее от характера распределения глинистого материала в породе (в агрегатном состоянии).

Скорость распространения упругих волн в значительной мере зависит от структуры и размера пор. Например, вертикальные трещины мало изменяют скорость в породе, в то время как горизонтальные трещины оказывают приблизительно такое же влияние, как межзерновая пористость. Каверны достаточно крупных размеров не оказывают влияние на скорость распространения упругих волн.

На рис. 142 приведены зависимости отношений поинтервальных времен Δt/Δt_м в пористой среде от k_п и отношения длины продольной волны λ к размеру пор d. Видно, что увеличение пористости ведет к снижению Δt, но при λ/d=8 продольная болна распространяется практически по скелету, не фиксируя поры больших размеров и каверн. Учитывая применяемые частоты излучателей используемой аппаратуры f=25÷30 кГц, что соответствует длине волны λ=10÷20см, можно считать, что данный эффект будет проявляться при размерах пор более 1,5—3 мм. Следовательно, k_{п. общ} породы с каверновой структурой порового пространства, оцененный по АК, будет заниженным.

Для большинства районов бурение скважин проводится на ПЖ с минерализацией 4—7 г/л. Для этих условий интервальное время в фильтрате Δt_ф = 610÷640 мкс/м при пластовой температуре Т=40÷100°С и давлении р = 20÷40 МПа. При высокоминерализованной промывочной жидкости t_п=t_ф=560 мкс/м.

Заключение

Проделав данную работу, я узнал что в акустическом каротаже различают (регистрируют) несколько типов волн:

Продольные волны связаны с деформациями объема твердой или жидкой среды, а поперечные с деформациями только твердой среды. Продольная волна представляет собой перемещение зон сжатия и растяжения вдоль луча, а поперечная - перемещение зон скольжения слоев относительно друг друга в направлении перпендикулярном лучу.

 Продольные волны распространяются в 1,5-10 раз быстрее поперечных.

Упругие (акустические) волны, как и все прочие волны, характеризуются определенным набором свойств. К этим свойствам относят: частоту волны, длину волны, скорость и амплитуду (затухание).

А так же изучили определение пористости  по акустическому каротажу.