АКУСТИЧЕСКИЙ КАРОТАЖ НА ОТРАЖЕННЫХ
ВОЛНАХ
Метод ГИС, основанный на изучении поля упругих волн, отразившихся от стенки скважины или неоднородности прискважинной зоны, называют акустическим каротажем на отраженных волнах (АКОВ). В зарубежной литературе его часто называют ультраакустическим. Основные модификации этого метода — акустическая кавернометрия и профилеметрия, акустическое телевидение, акустическая цементометрия на отраженных волнах.
Акустическая кавернометрия основана на принципе импульсной эхолокации, заключающемся в измерении времени t распространения упругих волн от излучателя до стенки скважины и обратно. Диаметр скважины определяют из очевидного соотношения
dc = Vot,
где Vo — скорость упругой волны в промывочной жидкости.
Для регистрации только отраженных волн, распространяющихся к стенке скважины по кратчайшему пути (последнее важно ввиду существенного затухания колебаний в ПЖ), точки излучения и приема совмещают. В связи с этим обеспечивают
работу преобразователя в режиме приема—излучения. В акустических каверномерах применяют пьезопреобразователи. Частоту генерируемых колебаний B00—500 кГц) выби-
рают так, чтобы длина волны была меньше характерного размера преобразователя. Этим обеспечивают излучение и прием узконаправленного акустического луча, позволяющего измерить диаметр скважины с высокой точностью. Использование короткого импульса высокой частоты исключает интерференцию отраженного и излученного сигналов. В ряде случаев для непрерывного контроля меняющейся при изменении температуры и
давления скорости v0 в ПЖ размещают дополнительный преобразователь, позволяющий измерить время распространения импульсов упругих колебаний на фиксированной базе вдоль оси скважины. Используя несколько преобразователей, изучают
форму стенки скважины по нескольким вертикальным профилям.
Акустическая профилеметрия в принципе аналогична кавернометрии. Ее назначение — изучить профили сечений скважины, перпендикулярные ее оси, в связи с чем в современных акустических профилемерах обеспечивают вращение луча. Этого достигают, вращая акустический преобразователь с помощью электродвигателя или применяя матричный излучатель, собранный из большого числа расположенных по окружности преобразователей. Достоинство акустических каверномеров и профилемеров —
принципиальная возможность исключить сложные кинематические узлы, характерные для рычажных приборов (см. гл. 28, § 2). Их недостаток — большое затухание высокочастотных волн в вязкой ПЖ.
Скважинное акустическое телевидение (CAT) предназначено для детального исследования стенок обсаженных и необсажен-ных скважин. По физическому принципу оно близко к акустической профилеметрии. Обзор стенок (сканирование) осуществ-
ляют с помощью вращающегося или матричного преобразователя. Амплитуда отраженного сигнала определяется отношением волновых сопротивлений стенки скважины (Урб, где б — плотность материала стенки) и ПЖ (^обо, где бо — плотность
промывочной жидкости). В случае проницаемых пород на их границе возникает продольная волна второго рода (см. гл. 8, § 3), снижающая коэффициент отражения. Это обстоятельство создает предпосылки для выделения с помощью CAT прони-
цаемых интервалов. Детальность исследования с помощью CAT приближается
к длине излучаемых волн. Поэтому применяемая в CAT рабочая частота достаточно высока и заключена в интервале 1—2 МГц. Большое затухание волн в ПЖ, характерное для таких частот, является серьезным недостатком скважинного телевидения.
На рис. 75 показан участок стенки скважины, визуализированный с помощью CAT. Отчетливо видны трещины и другие особенности породы.
Вопрос
СКВАЖИННЫЕ СЕЙСМОАКУСТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ Скважинные сейсмоакустические методы — сейсмокаротаж, вертикальное сейсмическое профилирование, межскважинное прозвучивание — позволяют изучать разрез не только в непосредственной близости от ствола скважины, но и на значительном расстоянии от него. Подобно другим методам скважинной геофизики они являются связующим звеном между данными каротажа и наземной сейсморазведки. В особой степени это от-
носится к методу ВСП.
Сейсмокаротаж
Метод ГИС, основанный на измерении времени распространения сейсмической волны, вызванной приповерхностным взрывом, до сейсмоприемников, расположенных в скважине, называют сейсмокаротажем (СК).
При СК Импульс излучения возбуждают в неглубокой вспомогательной скважине. Регистрируют первые вступления прямых продольных волн, зависимость времени прихода которых от глубины представляет собой вертикальный годограф. Если
источник расположен возле устья исследуемой скважины, вертикальный годограф t(z) называют продольным. В принципе он аналогичен годографу, получаемому при АК (см. рис. 70). Если источник отнесен от устья, получают непродольный вертикальный годограф t'(z). Для определения пластовых и средних скоростей непродольные годографы приводят к продольным.
Для однородной среды:
где z— глубина точки наблюдения; d—расстояние между взрывной и исследуемой скважинами. Если среда существенно неоднородна, используют более сложные формулы приведения.
Вертикальный годограф можно разбить на отдельные приблизительно прямолинейные участки, в пределах которых скорость практически неизменна. Интервалы разреза, соответствующие этим участкам, представляют собой относительно одно-
родные толщи, которые условно считают пластами. Таким путем удается осуществить грубое расчленение разреза на толщи мощностью в десятки и сотни метров и получить приблизительное представление о скоростных свойствах среды. При регистрации только первых вступлений и определении таким образом лишь скоростей прямых проходящих продольных волн лучшей детальности добиться не удается.
Для получения более полной информации о скоростном строении разреза необходимо наряду с продольными волнами регистрировать волны других типов. Эта возможность реализована в методе вертикального сейсмического профилирования. В настоящее время СК применяют только в тех случаях, когда проведение ВСП по тем или иным причинам невозможно.