СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛОВ НАКЛОНА АКУСТИЧЕСКИХ ОТРАЖАЮЩИХ ГРАНИЦ Советский патент 1966 года по МПК G01V1/44 

Изобретение относится к способам акустического исследования скважин.

При акустическом каротаже (АК) сквалшн излучатели и приемники размещаются в одном скважинном зонде, который с некоторой скоростью перемещается вдоль ствола исследуемой скважнны. Излучатель возбуждает в окружающих скважину горных породах упругие колебания. Эти колебания, дойдя до приемника, воспринимаются им, преобразуются в электрические сигналы, которые затем по каротажному кабелю передаются на поверхность, где регистрируются с помощью специальных устройств.

Наибольшее распространение в настоящее время получил метод имнульсного АК, при котором излучатели работают в импульсном режиме с частотой следования имнульсов порядка нескольких десятков герц. До настоящего времени основное внимание при АК уделялось изучению упругих колебаний, пришедших от излучателя к приемнику по пути с наименьшим временем распространения колебаний данного типа (продольных и поперечных колебаний в горной породе, слагающей стенки скважины, продольных колебаний в буровом растворе, заполняющем скважину, и поверхностных колебаний на границе раздела горной породы и бурового раствора).

заннымн выше, прослеживать при АК упругие колебания, приходящие к приемнику скважинпого зонда после отражения от границ раздела горных пород, пересеченных исследуемой скважиной. Отраженные упругие колебания несут в себе информацию, характеризуюш,ую отражающую г-раницу. В частности, по кажущейся скорости прихода к приемнику отраженных колебаний можно определить

угол наклона отражающей границы.

Предлагаемый способ должен расширить воздюжности скважинных геофизических методов исследования геологического разреза. В осадочном разрезе обычно наблюдается соответствие акустических границ геологическим границам раздела горных пород, поэтому результаты определения углов наклона отражающих границ по данным АК должны дать дополнительные сведения об исследуемом геологическом разрезе.

На фиг. 1 показана схема, иллюстрирующая условия образования отраженных упругих колебаний на границе Ai и регистрации их приемником Я скважинного акустического зонда. На фиг. 2 показана диаграмма с записями отраженных продольных упругих колебаний отраженной волны РР в осадочном разрезе скважины, снрава приведепа кривая записи аппаратурой ЛАК-1, зарегистрированляющем определять скорость распространения продольных упругих колебаний Vn в пластах горных пород по первым поступлениям принятых сигналов.

Для определения углов наклона отражающих границ по данным АК может быть выведена следующая формула. (Будем рассматривать лишь продольные упругие колебания, распространяющиеся в горных породах. Для поперечных упругих колебаний все рассуждения аналогичны).

Допустим, что скважинный акустический зонд, содержащий один излучатель и один приемник упругих колебаний, подходит к исследуемой границе со стороны однородного пласта, обладающего достаточной мощностью. Считается, что отражающая граница плоская и угол наклона ее относительно оси сквалшны остается постоянным в некоторой окрестности скважины. Все рассмотрение проводится в плоскости, перпендикулярной линии простирания отражающей границы, так как приходящие к приемнику отраженные упругие колебания распространяются только в этой плоскости. Уравнение годографа отрал енных колебаний может быть записано в виде:

- Yl

-|-4L(L + /)

где Vn - скорость распространения упругих колебаний в пласте.

угол наклона отражающей границы

а - относительно оси скважины,

/ - расстояние от излучателя до приемника Б скважинном зонде, которое берется со знаком «плюс или «минус в зависимости от направления отсчета расстояния L от излучателя до точки пересечения скважины с исследуемой границей раздела.

/ берется со знаком «плюс, если оно не входит в LT, и со знаком «минус, если входит в него. Предполагается, что скважина может считаться прямолинейной в пределах расстояния LT. Уравнение годографа является уравнением гиперболы, переходящей в прямую линию при а -.

В случае применения в скважинном акустическом зонде направленных излучающих и приемных систем, интенсивность регистрируемых отраженных колебаний зависит от косинуса угла, измеренного в плоскости диаметрального сечения прибора между направлением главного максимума характеристики направленности систем и линией простирания отражающей границы.

Кажущаяся скорость распространения отраженных колебаний VK.O. вдоль профиля L, проходящего по оси скважины, определяется выражением

Если скважина перпендикулярна границе раздела (а.-), то кал{ущаяся скорость

равна половине скорости распространения уп5 ругих колебаний в пласте.

IV..0.1 « -

2-Z:

На достаточно большом удалении от места пересечения границы скважиной, когда , кажущаяся скорость не зависит от расстояний L и / и оказывается равной

1/ п

у к.о, --v -

(практически это выражение справедливо при /). Тогда получаем, что

Vr

J 2

sin а

(I)

V.

J 2

arcsin

к.о.

Таким образом, для определения угла наклона отражающей границы по данным импульсного акустического каротажа необходимо определить кажущуюся скорость прихода отралсенных колебаний, прослеженных в пределах однородного пласта на достаточном Здалении от границы, и скорость распространения упругих колебаний в этом однородном пласте, лежащем непосредственно выще или ниже границы. При рассмотрении продольных

колебаний скорость в однородном пласте, с достаточной степенью приближения, может быть принята равной интервальной скорости, вычисляемой для первых вступлений сигналов, принятых при АК.

Погрешность определения синуса угла наклона отражающей границы 6sina зависит от величины кажущейся скорости прихода отрал енных колебаний и интервальной скорости распространения колебаний и погрешностей

вычисления этих скоростей - бУк.о. и 6У„. Эта зависимость выражается следующей формулой:

Vr,

bVn.:.

(II)

osina -FI 2

Чтобы пользоваться формулой (I) для определения синуса угла наклона отрал ающих

границ по данным АК, прежде всего необходима аппаратура, позволяющая регистрировать отраженные волны, возникающие при АК. Такую возможность предоставляет аппаратура ЛАК-1 при времени развертки сигналов в регистраторе не менее 4 мсек.

Кажущиеся скорости прихода отраженных волн в интервалах глубин 313-336 м и 385 393 м на приведенной диаграмме РР равны 750 + 75 м/сек при значениях интервальных

баний в пластах порядка 1500 + 90 м/секОпределение интервальной скорости нроизводилось по диаграмме ЛАК, записанной для рассматриваемого интервала глубин при более крунном масштабе времени (в 1 см 250 мксек), что повышает точность вычисления скорости. Эти значения скоростей указывают на почти горизонтальное залегание отражаюш;их границ . Погрешность вычисления sina но формуле (II) близка к 0.

Благоприятными условиями для выделения отраженных колебаний является достаточная однородность отложений и отсутствие в принятом сигнале интенсивных поверхностных волн. Последнее приводит к значительному сокраихению обилей длительности принятых сигналов, что позволяет, в свою очередь, начиная с некоторого времени, выделить отраженные колебания вне зоны интерференции их с другими колебаниями в сигнале. Эти условия наблюдались обычно в пластах глин. В приведенном примере зарегистрированные отраженные волны, обладающие достаточной интенсивностью на расстоянии до 4-5 м от границы, возникли при отражении от тонких иластов песчаников, залегающих в мощной и однородной толще глин.

Таким образом, предлагаемый способ определения углов наклона отражающих акустических границ может быть применен при интерпретации данных геофизических исследоliiiiu-iii бур01 ых скважин методом импульсного акустического каротажа.

Предмет изобретения

Способ определения углов наклона акустических отражающих границ, иутем проведеиия импульсного акустического каротажа скважин, отличающийся тем, что, с целью нолучения полной информации о геологическом разрезе исследуемой скважины, при акусти- , ческом каротаже скважин наряду с упругими колебаниями, распространяющимися по горным породам от излучателя к приемникам по пути с наименьшим временем расиростране5 ния, регистрируют упругие колебаиия, отраженные от акустических границ, пересеченных исследуемой скважиной, и производят вычисление углов наклона каждой отражающей границы по формуле:

0

у. arc sm -

9 V к.о.

где Vn - скорость распространения продольных упругих колебаний в однородном пласте,

5 которую определяют по первым вступлениям сигналов, принятых при импульсном акустическом каротаже;

VK.O.- кажущаяся скорость прихода к приемнику отраженных продольных упругих коле0баний, регистрируемых при импульсном акустическом каротаже в пределах того ж& однородного пласта.

ff

иг-2