Термичен каротаж
Акустичният каротаж (АК) се основава на изследването на характеристиките на еластичните вълни в ултразвуковия и звуковия диапазон в скалите. При АК в кладенеца се възбуждат еластични трептения, които се разпространяват в него и в околните скали и се възприемат от приемници, разположени в същия кладенец. Акустичните методи се основават на измерване на скоростите на разпространение на еластичните вълни в сондаж и интензивността на тяхното затихване в скалите.
5.1. Записване на акустична скорост и затихване
Според вида на записаните акустични параметри, акустичният каротаж се разграничава по скорост и затихване.
Скоростният акустичен каротажсе основава на изследването на скоростта на разпространение на еластични вълни в скали, проникнали през кладенци, чрез измерване на интервала от време:
където - (t2-t1) е разликата между времето на пристигане при втория и първия приемник, S е сондата.
Времето на пътуване Δt на еластична вълна за единица дължина и нейната скорост vp се определят от разликата във времената на пристигане при втория и първия приемник (t2-t1). Част от пътя от предавателя до приемника, възбудената вълна преминава през промивната течност и глинената утайка. Тези сегменти от пътя са еднакви за всеки от приемниците, извадени от времената на пристигане t2 и t1, което гарантира изключването на ефекта на сондажа при измерване с триелементна сонда. Скоростта на разпространение на еластична вълна в резервоара, определена чрез акустичен каротаж, се нарича резервоар или интервал.
Регистрацията на акустичното затихванесе основава на изследването на характеристиките на затихване на еластични вълни в скали, пробити от кладенци. Енергията на еластичната вълна и амплитудата на трептенията, наблюдавани в една или друга точка, зависят от много фактори. Основните са: мощността на излъчвателя, разстоянието от него додадена точка и естеството на скалите. В хомогенна среда при разпространението на вълна със сферичен фронт количеството енергия на единица обем намалява пропорционално на квадрата на разстоянието от разглежданата точка до излъчвателя; амплитудата на трептенията намалява обратно пропорционално на това разстояние.
Степента на затихване на еластичните вибрации е силно повлияна от съдържанието на глина, естеството на насищане, напуканост и хвърлителност на скалите. Скоростта на разпространение на еластичните вълни v зависи от литологията (еластични свойства) на минералния скелет на скалите, степента на тяхната циментация, порьозността и естеството на насищащия флуид, както и от разликата между скалното и резервоарното налягане. Максималните стойности на v са характерни за анхидрити (6000 m/sec) и кристални скали (4500-6300 m/sec) и каменна сол (4500-15500 m/sec); минимална - за въздух (330 m/s) и въглеводородни газове (метан - 430 m/s). Нефтът (1400 м/сек), водата и сондажната течност 1 (1670-1760 м/сек) също се характеризират с ниски скорости на разпространение на еластичните вълни. Глините, пясъчниците и варовиците съответстват на междинни стойности на v, равни съответно на 1800-2400, 2000-300 P200-5500 m/s. Скоростта на разпространение на еластичните вълни в скалите се увеличава с увеличаване на тяхната циментация.
Интензивността на затихване на надлъжните вълни зависи особено от наличието на пукнатини и каверни в скалите, както и от газовото съдържание на скалите, което се увеличава с увеличаване на тези параметри. Способността на скалите да абсорбират еластични вибрации (αak) се оценява с помощта на акустичен каротаж чрез интензитета на затихване на амплитудата на вълнатаA. Затихването се дължи главно на следните причини: абсорбция поради неидеално еластична среда; дивергенция на енергия във все по-голям обем на средата в резултат на разширениефронт на вълната по време на нейното движение; разсейване и дифракция на вълни върху нееднородности на средата и поради отражение и пречупване на границите на среди с различни скорости на разпространение на трептенията. Степента на затихване на еластичните вибрации е силно повлияна от съдържанието на глина, естеството на насищане, напуканост и хвърлителност на скалите.
Измереното затихване на надлъжната вълна на единица дължина е свързано с амплитудите на трептенията от близките A1 и далечните A2 излъчватели, записани от приемниците на дълбоко разположения инструмент. Амплитудата на трептенията на надлъжната вълна, възприемана от приемника, се измерва в произволни единици, например в миливолта. В някои случаи се използва относителната амплитуда на трептенията - отношението на амплитудата А на записаната вълна към най-голямата стойност на амплитудата спрямо референтния слой Aop, т.е. A/Aop. За референтен слой се приема дебел слой от плътни скали с най-висока амплитуда на Aop. Отслабването и затихването на еластичните вибрации е особено изразено при ултразвукова честота 15-35 kHz, използвана при акустичен каротаж.
Основната намеса в регистрирането на акустичното затихване е наличието на акустично съпротивление по време на прехода на еластична вълна на границите: спускаем инструмент - среда и промивна течност - скала. Това съпротивление се характеризира със силна променливост и има значителен ефект върху стойностите на измерване, които не могат да бъдат взети под внимание. За да се получи надлъжна дъгова вълна при еднакви условия в целия участък, инструментът за дълбок акустичен каротаж трябва да бъде строго центриран в сондажа или притиснат към стената му.
Изследванията на кладенци чрез акустични методи практически се свеждат до определяне на времето на преминаване на надлъжни вълни от източника на ултразвукови вибрации до техния приемник или до определяне на времеторазпространение на вълната между два приемника.
Фигура 5.1 показва действителната крива AK; както може да се види, увеличаването на съдържанието на глина води до увеличаване на Δt и коефициента на поглъщанеαak,до отслабване на амплитудите на надлъжните дъгообразни вълни.
Данните от акустичния каротаж в комбинация с други геофизични методи позволяват да се определи порьозността на скалите, да се идентифицират зони на напукване и кухина в карбонатния участък, да се изясни литологията на участъка и да се получи информация за техническото състояние на кладенеца.
Фиг. 5.1 Влияние на съдържанието на глина в скалите върху затихването на еластичните вълни:
1 - пясъчник; 2- глина; 3- песъчлива глина; 4 – варовик