Акустический каротаж по скорости и затуханию

По типу регистрируемых акустических параметров различают акустический каротаж по скорости и затуханию. Основным зондом, применяемым в акустическом каротаже, является трехэлементный зонд (рис.33).

Трехэлементный зонд состоит из возбуждающего упругий импульс излучателя 1 и двух, расположенных на некотором расстоянии от него приемников 4, воспринимающих колебания.

Вместо двух приемников могут быть установлены два излучателя 1. Излучатель соответственно заменяется при­емником. При такой взаимной перемене мест излучателей и приемников сущность зонда сохраняется. Расстояние между приемни­ками 4 является характерной величи­ной — базой S. Длине зонда L₃ соответствует расстояние от излучателя до ближайшего приемника.

Акустический каротаж по скорости осно­ван на изучении скорости распространения упругих волн в горных породах, вскрываемых скважинами путем измерения интерваль­ного времени t = (t₂— t₁)/S . Время пробега t упругой волны на единицу длины и ее скорость v_n определяются по разности времен вступления на втором и первом приемниках (t₂—t₁).

Часть пути от излучателя до приемника возбужденная волна проходит по промывочной жидкости и глинистой корке. Эти отрезки пути одинаковы для каждого из приемников, вычитаются из вре­мен вступления t₂ и t_v что обеспечивает исключение влияния сква­жины при измерениях трехэлементным зондом. Влияние скважины возможно лишь в том случае, когда в интервале между приемниками резко изменяется диаметр скважины.

Акустический каротаж по затуханию ос­нован на изучении характеристик затухания упругих волн в по­родах, вскрываемых скважинами. Энергия упругой волны и ам­плитуда колебаний, наблюдаемых в той или иной точке, зависят от многих факторов. Основными из них являются: мощность излу­чателя, расстояние от него до данной точки и характер горных пород. В однородной среде при распространении волны со сферическим фронтом количество энергии, приходящейся на единицу объема, уменьшается пропорционально квадрату расстояния от рассматриваемой точки до излучателя; амплитуда колебаний умень­шается обратно пропорционально этому расстоянию.

В условиях скважины на величину затухания упругих колебаний сильное влияние оказывает неоднородность среды, что ведет к ослаблению колебаний и снижению амплитуды волны. Поглоще­ние упругих колебаний породой происходит вследствие необрати­мых процессов преобразования энергии колебаний в тепловую энергию, что приводит к уменьшению амплитуды принимаемых сигналов.

Способность горных пород к поглощению упругих колебаний ( _ак) оценивается при помощи акустического каротажа по интенсивности затухания амплитуды волны А. Затухание обусловлено в основном следующими причинами: поглощением вследствие неи­деально упругой среды; расхождением энергии во все больший объем среды в результате расширения фронта волны при ее движе­нии; рассеянием и дифракцией волн на неоднородностях среды и вследствие отражения и преломления на границах сред с различ­ными скоростями распространения колебаний. На величину зату­хания упругих колебаний сильное влияние оказывают глинистость, характер насыщения, трещиноватость и кавернозность пород.

Ослабление и затухание упругих колебаний особенно сильно проявляется при ультразвуковой частоте 15—35 кГц, используе­мой в акустическом каротаже. Коэффициент поглощения в интер­вале ультразвуковых частот для различных пород изменяется в ши­роких пределах (от 0,05 до 2,5 м-¹). Особенно заметное снижение энергии упругих колебаний наблюдается с удалением от излу­чателя.

Основной помехой при акустическом каротаже по затуханию является наличие акустического сопротивления при переходе упругой волны на границах: скважинный прибор — окружающая среда и промывочная жидкость — порода. Это сопротивление ха­рактеризуется сильной изменчивостью и оказывает значительное влияние на величины измерений, которые не поддаются учету. Для приема продольной головной волны в одинаковых условиях по всему разрезу глубинный прибор акустического каротажа необходимо строго центрировать в скважине или прижать к ее стенке.