Краткие теоретические основы метода.

Сущность акустического метода состоит в измерении параметров волнового поля, создаваемого помещенным в скважину акустическим импульсным источником упругих колебаний.

Волновое поле системы скважина-пласт включает множество волн, различных по типу и природе возникновения. В неограниченном мас­сиве однородных горных пород точечным источником могут быть воз­буждены продольные и поперечные волны. Скорости распространения продольных Vp и

поперечных Vs волн различны, приближенно можно считать, что

Vр/ Vs = 1.73.

Скорости Vp и Vs зависят от литологического состава, пористости, структуры пород и характера на­сыщенности.

На границе раздела двух сред происходит отражение и преломле­ние волн согласно закону Снеллиуса:

где α- угол падения первичной волны; α₁ и β₁ углы отражения продольной и поперечной волн в первой среде; α₂и β₂ углы пре­ломления продольной и поперечной волн во второй среде (углы изме­ряются между направлением луча и перпендикуляром к границе разде­ла).

Соотношения между амплитудами падающей, отраженной и прелом­ленной волн определяются волновыми сопротивлениями сред (произве­дениями скорости на плотность). Амплитуды волн зависят от степени поглощения энергии в среде, наличия в разрезе отражающих границ, т.е. от трещиноватости, слоистости горных пород и др.

Для возбуждения и наблюдения упругих волн в скважину опускают зонд, который может содержать один или несколько излучателей и приемников упругих волн. Основными видами зондов являются двух­элементные (акустические цементомеры) и трехэлементные (скважинные приборы типа СПАК и др.).

Двухэлементный зонд состоит из излучателя и расположенного на некотором расстоянии от него приемника. Трехэлементный акустический зонд, состоит из двух излучателей колебаний и одного прием­ника и обозначается сверху вниз: И₂ 0.5 И₁ 1.5 П ( расстояния между излучателями и приемниками даны в метрах). Этот зонд эквивалентен зонду, состоящему из двух приемников и одного излучателя П₁ П₂ И. Расстояние между приемниками (излучателями) в трехэлементном зонде АК является базой зонда S.

Длине зонда соответствует расстояние от средней точки между одноименными элементами (ко­торая является точкой записи) до разноименного элемента Ls. База трехэлементного зонда определяет его вертикальную расчле­няющую способность и возможность точных измерений разности времен прихода волн к приемникам и затухания волн на интервале между приемниками. Обычно S=0.3-0.5M.

Длину зонда L выбирают такой, чтобы получить достаточно интен­сивный сигнал в породах с большим поглощением волн, а также, чтобы прямая волна по промывочной жидкости приходила к приемникам позже головных. Обычно эти требования соблюдаются, если L = 1.5 2м.

В качестве излучателя применяют магнитострикционные преобразо­ватели: ферромагнитные вещества, изменяющие форму и размеры под действием переменного магнитного поля.

Приемником ультразвуковых колебаний обычно служит пьезоэлект­рический преобразователь, в котором механическая деформация приводит к его электрической поляризации - появлению на электродах электрического напряжения, пропорционального механическому и ме­няющего свой знак вместе с последним (прямой пьезоэлектрический эффект).

Стандартная аппаратура типа СПАК (СПАК-4, СПАК-6) обеспечивает регистрацию таких параметров продольных волн как:

Т₁, Т₂ - времена первого вступления для первого и второго при­емников;

А₁,А₂ - амплитуды первого вступления для ближнего и дальнего приемников;

ΔТ – время прохождения продольной волны в интервале между П₁ и П₂ на расстоянии, равном базе акустического зонда S.

α - коэффициента ослабления (затухания) амплитуды, отнесенной к единице длины.

Значения Т₁, Т₂, ΔТ_s регистрируются в микросекундах; A₁ и А₂ - в условных единицах (например, мВ), α - в децибеллах на метр (дБ/м) .