50355

Теоретичні основи акустичних методів

Лабораторная работа

География, геология и геодезия

Вивчення процесу розповсюдження пружних хвиль в гірських породах. Фізичні властивості гірських порід в тому числі і акустичні досить часто вимірюють непрямими способами причому неелектричні акустичні параметри швидкість поширення та амплітуди пружних коливань зазвичай перетворюють в електричні і їх визначення проводять за допомогою різних електричних схем.

Украинкский

2014-01-21

345.5 KB

10 чел.

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ,

молоді та спорту УКРАЇНИ

Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу

Кафедра геофізичних досліджень свердловин

О.А. Гаранін

Теоретичні основи акустичних методів

ЛАБОРАТОРНИЙ  ПРАКТИКУМ

Івано-Франківськ

2012


УДК 550.832 (552.1:53)

ББК 26.2

Г-20

Рецензент:

Федак І. О.                      кандидат геологічних наук, доцент кафедри

                                   геофізичних досліджень свердловин ІФНТУНГ

Рекомендовано методичною радою університету

(протокол № 16  від   23.02.2012 р.)

Гаранін О. А. 

Г-20 Теоретичні основи акустичних методів. Лабораторний практикум. – Івано-Франківськ, ІФНТУНГ, 2012.- 33 с.

МВ 02070855 -3725- 2012

Лабораторний практикум містить інформацію для виконання лабораторних робіт з дисципліни "Теоретичні основи акустичних методів". Розроблений відповідно до робочої програми навчальної дисципліни.

Призначений для підготовки бакалаврів за напрямом 6.040103 – “Геологія”.

УДК 550.832 (552.1:53)

ББК 26.2

МВ 02070855 –3725- 2012                                                   © Гаранін О. А.

© ІФНТУНГ, 2012

Зміст

ЗАгальні методичні вказівки. . . . . . . . . . . . .

4

Лабораторна робота № 1

Вивчення процесу розповсюдження пружних хвиль в гірських породах. . . . . .

6

Лабораторна робота № 2

Визначення швидкості розповсюдження ультразвукових коливань на зразках гірських порід . . . . .

12

Лабораторна робота № 3

Вивчення будови апаратури для акустичних досліджень . . . . . . . . . . . . . . . . . .

18

Лабораторна робота № 4

Вивчення методики первинної обробки даних акустичного каротажу. . . . . . . . . . ..

24

Лабораторна робота № 5

Вивчення методики визначення пористості гірських порід за даними акустичних досліджень. . . . . . . . . . . . . . . . . .

28

Перелік рекомендованих джерел . . . . . . . .

33


ЗАгальні методичні вказівки

Лабораторні роботи з курсу «Теоретичні основи акустичних методів» спрямовані на розвиток у студентів практичних навичок визначення акустичних властивостей гірських порід та дослідницького підходу до питань, що вивчаються.

У лабораторному практикумі наводиться апаратура та методика вивчення акустичних властивостей гірських порід, основи обробки та узагальнення отриманих даних стосовно геофізичних жлсліджень свердловин.

Фізичні властивості гірських порід, в тому числі і акустичні, досить часто вимірюють непрямими способами, причому неелектричні акустичні параметри (швидкість поширення та амплітуди пружних коливань) зазвичай перетворюють в електричні і їх визначення проводять за допомогою різних електричних схем. В таких схемах неелектрична величина Q перетворюється за допомогою датчика в електричний сигнал X , що функціонально пов’язаний з Q, який і реєструється електровимірювальним приладом.

Схеми проведення лабораторних робіт та правила користування апаратурою і іншими вимірювальними приладами подаються викладачем з посиланням на відповідні вказівки до лабораторних робіт, технічні інструкції та інші фахові видання і держстандарти.

На лабораторних заняттях від студентів вимагається знання не тільки основних понять і робочих формул, але і вміння використовувати їх як робочий апарат. При цьому студенти вчаться зіставляти, проводити аналогії, аналізувати отримані результати, оцінювати похибки вимірювань та вибирати найбільш оптимальний спосіб вимірювання необхідних акустичних характеристик і параметрів.

Студент допускається до виконання відповідної лабораторної роботи за наявності у нього необхідних записів (теми, мети, теоретичних даних, порядку виконання, заготовлених заздалегідь таблиць для запису вихідних даних). Роботи виконують бригадно. Виконані лабораторні роботи студент оформляює у робочому зошиті, який періодично подає викладачеві для контролю і перевірки.

В кінці виконання лабораторних робіт студент повинен вміти:

- визначати акустичні властивості гірських порід;

- використовувати отримані дані для визначення пористості гірських порід;

- оцінювати якість та похибки вимірювань.

Захист роботи проводиться кожним студентом індивідуально. До захисту роботи студенту необхідно подати оформлену в зошиті лабораторну роботу відповідно до вимог, що наводяться у практикумі. На захисті студент повинен знати теоретичні основи, методику і техніку проведення лабораторної роботи, практичне застосування отриманих результатів та методику оцінювання похибок вимірювань.

Лабораторну роботу оцінюють за такими критеріями:

- допуск до роботи (вхідний контроль) - 2 бали;

- виконання і оформлення роботи - 3 бали;

- захист роботи - 3 бали.

Разом -  8 балів.


Лабораторна робота № 1

Вивчення процесу розповсюдження пружних хвиль в гірських породах

1.1 Мета, завдання і тривалість роботи

Метою роботи є ознайомлення студентів з процесом розповсюдження пружних хвиль в гірських породах.

Завдання: спостерігаючи процес розповсюдження пружних хвиль в зразках гірських породах визначити точку першого вступу головної (повздовжньої) хвилі, частоту і період коливань повздовжньої пружної хвилі та амплітуду повздовжньої пружної хвилі в умовних одиницях.

Тривалість роботи - 4 години.

1.2 Основні теоретичні положення

Гірські породи в природному заляганні практично є пружними тілами. Якщо на елементарний об’єм породи діє яка-небудь сила, то відбувається його деформація – зміна розмірів і форми; після припинення дії сили – відновлюється вихідне положення.

У залежності від виду деформації в породі виникають різні типи пружних хвиль. Найбільш інформативними, при вивченні пружних властивостей гірських порід, є такі хвилі: поздовжні (P-хвилі), поперечні (S-хвилі), Лемба (L-хвилі) та вторинного походження. Основними хвилями, які використовуються в промисловій геофізиці, є поздовжні та поперечні хвилі.

Поздовжня хвиля несе із собою тільки деформації об’єму. Поширення поздовжньої хвилі представляє переміщення зон розтягування та стискування; частинки середовища здійснюють коливання біля свого початкового положення в напрямку, який збігається з напрямком поширення хвилі.

Поперечна хвиля пов’язана з деформаціями форми; поширення її зводиться до ковзання шарів середовища одного відносно іншого; частинки середовища роблять коливання біля свого початкового положення і в напрямку, який перпендикулярний напрямку поширення хвилі. Поперечні хвилі можуть існувати тільки у твердих тілах.

Для пружної хвилі характерна швидкість її розповсюдження. Величина швидкості залежить від пружних властивостей середовища та типу хвилі. Основними властивостями пружних тіл є наступні.

Модуль поздовжнього розтягу (модуль Юнга) Е. Модуль поздовжнього розтягу дорівнює відношенню напруги p до відносного подовження d l, таким чином, маємо:

                                           (1.1)

де p = F/s – напруження (F – прикладена сила, s – поперечний переріз тіла), МПа;

d l = Δl/l - відносне подовження (Δl – видовження тіла під дією прикладеної сили F, l – початкова довжина тіла).

Коефіцієнт поперечного скорочення (коефіцієнт Пуассона) n. Коефіцієнт поперечного скорочення дорівнює відношенню відносної поперечної дефломації тіла d lc до його відносної повздовжної деформації d l:

                                          (1.2)

де d lc = Δlс/lс - відносна поперечна дефломації (Δlс – скорочення тіла під дією прикладеної сили, lс – початкова поперечна довжина тіла);

d l = Δl/l - відносна повздовжна деформація. 

Модуль зсуву G визначає здатність тіла (середовища) створювати опір зміні форми при збереженні його об’єму:

                                            (1.3)

де rдотична напруга;

φкут зсуву.

Розрізняють кінематичні та динамічні параметри, що характеризують процес розповсюдження пружних хвиль в гірських породах.

До кінематичних параметрів відносять швидкість поширення пружних хвиль в середовищі, яка визначається модулем Юнга Е, коефіцієнтом Пуассона n та її густиною dп. Так, швидкості поширення поздовжньої Vp  та поперечної VS хвилі відповідно визначаються співвідношеннями:

                     (1.4)

                                 (1.5)

Величину, що є оберненою швидкості розповсюдження пружної хвилі в породі, прийнято називати інтервальним часом проходження хвилі DT, одиниця вимірювання – секунда на метр (с/м) або мікросекунда на метр (мкс/м):

                                          (1.6)

Динамічні параметри пружних хвиль відображають поглинаючі властивості середовища (втрати енергії хвилі). Ці втрати викликані фізичними процесами поглинання, розсіювання та геометричного розходження.

Енергію хвилі характеризує амплітуда коливань A. Зменшення амплітуди коливань із збільшенням відстані від джерела збудження до точки спостереження для випадку плоского фронту розповсюдження пружної хвилі відбувається за експоненційним законом:

,                                    (1.7)

де A0, A – відповідно, амплітуди коливань поблизу джерела збудження та точки спостереження, В;

a – коефіцієнт поглинання пружних хвиль, м-1;

l – відстань, яку пройшла хвиля, м.

Коефіцієнт поглинання пружних хвиль a є показником втрати енергії хвиль в гірських породах внаслідок вказаних вище фізичних процесів. Вираз для a має такий вигляд:

                                   (1.8)

де A1 і A2 – амплітуди хвиль, які реєструються приймачами, що розміщені на деякій відстані один від іншого.

Величина a залежить від властивостей середовища (пористості гірської породи, мінерального складу її скелету і цементу, геометрії пор і рідини, що заповнює пори) та частоти коливань. Вона підвищується із зменшенням швидкості пружних хвиль та із збільшенням пористості середовища.

Для характеристики поглинання використовують також безрозмірний параметр – декремент поглинання Θ, який дорівнює добутку коефіцієнта поглинання a та довжини хвилі λ:

                                    (1.9)

Декремент поглинання Θ характеризує зменшення амплітуди на відстані, що дорівнює довжині хвилі пружних коливань.

1.3 Вказівки щодо підготовки до заняття

До лабораторної роботи необхідно мати такі апаратуру, обладнання та матеріали:

- прилад ультразвуковий УК-10ПМ, або інший прилад, що дозволяє спостерігати процес поширення пружних хвиль в зразках гірських порід та вимірювати час їх поширення;

- зразки гірських порід циліндричної форми;

- фільтрувальний папір.

1.4 Порядок проведення роботи

1.4.1 Ознайомитись з ультразвуковим приладом та методикою проведення вимірювань.

1.4.2 Вставити у кернотримач зразок гірської породи із змоченими водою фільтрувальними прокладками.

1.4.3 Визначити точку першого вступу головної (повздовжньої) хвилі.

1.4.4 Визначити час, що минув від початку розповсюдження пружної хвилі до першого вступу tвст.

1.4.5 Визначити період коливань пружної хвилі у зразках гірських порід Т шляхом вимірювання часу, що минув між одинаковими фазами сусідніх коливань.

1.4.6 Визначити амплітуду А другого напівперіоду поздовжньої пружної хвилі (в умовних одиницях). 

1.5 Аналіз результатів роботи, висновки

Студенти аналізують процес розповсюдження пружних хвиль в гірських породах, визначають точку першого вступу головної хвилі, період коливань та амплітуду поздовжньої пружної хвилі у зразках гірських порід. Результати вимірювань і розрахунків записують у таблицю 1.1.

Таблиця 1.1 - Результати дослідження процесу розповсюдження пружних хвиль у зразках гірських порід

Номер

зразка

Порода

Період

T,

мкс

Частота

f, Гц

Час першого вступу, tвст, мкс

А

ум.од.

При-мітка

1.6 Контрольні запитання

1.6.1 Охарактеризуйте типи пружних хвиль.

1.6.2 Дайте визначення декременту поглинання та модулю зсуву

1.6.3 Які породи і чому мають максимальні і мінімальні значення коефіцієнта поглинання?

1.6.5 Охарактеризуйте пружні деформації і параметри, що їх визначають.

1.6.6 Дайте визначення модулю Юнга та коефіцієнту Пуассона.


Лабораторна робота №
2

Визначення швидкості розповсюдження ультразвукових коливань на зразках гірських порід

2.1 Мета, завдання і тривалість роботи

 

Метою роботи є ознайомлення студентів з методикою визначення швидкості розповсюдження ультразвукових хвиль в зразках гірських порід.

Завдання: визначити систематичну похибку ультразвукового приладу, швидкість поширення ультразвукових хвиль у зразках гірських порід різного літологічного складу та відносну похибку вимірювань швидкості поширення ультразвукових хвиль у зразках гірських порід.

Тривалість роботи - 2 години.

2.2 Основні теоретичні положення

Швидкість поширення пружних хвиль у безмежному абсолютно пружному середовищі можна визначити за формулами, що є розв’язком хвильового рівняння. При цьому швидкості поширення пружних хвиль: поздовжньої VP, поперечної VS  та поверхневої (Релея) VR визначаються співвідношеннями:

                                   (2.1)

                                         (2.2)

                (2.3)

                                 (2.4)

де  L – коефіцієнт Ляме:

G - модуль зсуву;

δпгустина середовища;

Е - модуль Юнга;

n - коефіцієнт Пуассона.

Для різних гірських порід завжди спостерігається наступне співвідношення швидкостей: VP >VS > VR

Для гірських порід величина Е становить 0,15·10-4 – 0,6·10-5 МПа, коефіцієнт ν близький до 0,25.

Поздовжня хвиля розповсюджується приблизно в 1,73 раза швидше від поперечної.

Пружні властивості гірських порід, а значить, і швидкості розповсюдження пружних хвиль у них, обумовлені їх мінеральним складом, пористістю та формою порового простору і, таким чином, тісно пов’язані з літологічними та петрофізичними властивостями. В таблиці 2.1 наведено швидкості розповсюдження пружних хвиль у деяких середовищах.

Визначення швидкості поширення ультразвукових хвиль у зразках гірських порід зводиться до визначення часу проходження ультразвукових імпульсів через зразки визначеної довжини спеціальним приладом. У приладі є джерело потужних електричних імпульсів, яке через акустичний перетворювач збуджує пружні коливання. Пройдені через зразок пружні коливання після перетворення акустичним приймачем в електричні підсилюються і подаються на пристрій візуальної індикації і відліку часу між моментом введення в зразок і моментом їхнього прийому.

Таблиця 2.1 - Швидкість розповсюдження поздовжніх пружних хвиль у деяких середовищах

Гірська порода або речовина

Швидкість розповсюдження поздовжніх хвиль VP, м/с

Повітря

300-350

Метан

430

Нафта

1300-1400

Вода прісна

1470

Вода мінералізована

1600

Промивна рідина

1500-1700

Глина

1200-2500

Пісковик незцементований

1500-2500

Пісковик щільний

3000-6000

Вапняк

3000-7100

Доломіт

5000-7500

Ангідрит, гіпс

4500-6500

Кам’яна сіль

4500-5500

Кристалічні породи

4500-6500

Швидкість поширення поздовжніх пружних хвиль Vр у зразках визначається за даними вимірів довжини зразка l і дійсного часу tд пробігу пружної хвилі за формулою:

                                       (2.5)

Отримане таким чином значення Vр буде відрізнятися від значень швидкості поширення пружних хвиль у масивах гірських порід тим більше, чим менше відношення R/λ, де R -радіус зразка, λ - довжина ультразвукової хвилі (принцип подоби). Для дотримання цього принципу необхідно, щоб довжина зразка і його діаметр дорівнювали не менше 3·10-2  м.

2.3 Вказівки щодо підготовки до заняття

До лабораторної роботи необхідно мати такі апаратуру, обладнання та матеріали:

- прилад ультразвуковий УЗАС, УК-10ПМ, або інший для вимірювання часу поширення пружних хвиль з діапазоном виміру від 4 до 50 мкс;

- зразки гірських порід циліндричної форми;

- фільтрувальний папір;

- штангенциркуль.

2.4 Порядок проведення роботи

2.4.1 Ознайомитись з ультразвуковим приладом та методикою проведення вимірювань.

2.4.2 Вставити у кернотримач зразок гірської породи із змоченими водою фільтрувальними прокладками.

2.4.3 Визначити точку першого вступу головної (повздовжньої) хвилі.

2.4.4 Визначити час, що минув від початку розповсюдження пружної хвилі до першого вступу tвим.

2.4.5 Визначити період коливань пружної хвилі у зразку гірської породи Т шляхом вимірювання часу, що минув між одинаковими фазами сусідніх коливань.

2.4.6 Вийняти зразок породи з кернотримача та за допомогою штангенциркуля виміряти його довжину L і радіус R.

2.4.7 Виміряти систематичну похибку ультразвукового приладу tпр склавши до купи випромінювач пружних хвиль та приймач з фільтрувальними прокладками.

2.4.8 Розрахувати дійсний час розповсюдження ультразвукових коливань через зразок породи шляхом віднімання від виміряного часу tВИМ  систематичної похибки ультразвукового приладу tпр.

2.4.9 Розрахувати швидкість поширення пружних ультразвукових хвиль у зразку гірської породи Vр за формулою (2.5).

2.4.10 Розрахувати довжину пружної хвилі λ та відношення R/λ. 

2.4.10 Розрахувати абсолютну похибку визначення швидкості розповсюдження поздовжніх пружних хвиль.

2.5 Аналіз результатів роботи, висновки

Студенти аналізують процес підготовки зразків гірських порід та вимірювального приладу до роботи. У звіті наводять результати вимірювань і розрахунків, які записують за формою (табл. 2.2).

Таблиця 2.2 - Результати визначення швидкості поширення поздовжніх ультразвукових хвиль у зразках гірських порід

Номер

зразка

L,

м

R,

м

λ,

м

R/λ

tПР,

мкс

tВИМ,

мкс

tд,

мкс

Vр,

м/c

Похи-бка ΔVp

Похибки. Систематична похибка ультразвукового приладу tпр визначається шляхом вимірювання часу розповсюдження ультразвукових коливань через датчики без зразка гірської породи, але з фільтрувальними прокладками.

Найбільша відносна метрологічна похибка визначається за формулою:

                                   (2.6)

де ΔVp, ΔL i Δt – відповідно, абсолютні похибки визначення швидкості розповсюдження повздовжних пружних коливань, довжини взірця породи та часу розповсюдження пружних коливань.

Відносна метрологічна похибка тим більша, чим менша довжина взірця і більша швидкість. Рекомендується вибирати довжину взірця в 3-4 рази більшу від довжини хвилі λ.

У звіті наводять короткі відомості про пружні властивості гірських порід.

2.6 Контрольні запитання

2.6.1 Які кінематичні властивості гірських порід вивчаються у свердловині та від чого вони залежать?

2.6.2 Яке співвідношення швидкостей повздовжніх, поперечних і поверхневих хвиль?

2.6.3 Що таке інтервальний час розповсюдження пружних хвиль?

2.6.4 Охарактеризуйте зв’язок між швидкістю розповсюдження пружних хвиль і пористістю та вкажіть, для яких задач можна його використати.

2.6.5 Опишіть методику визначення швидкості розповсюдження пружних хвиль у зразках гірських порід.  

2.6.6 Які типи пружних хвиль Ви вимірювали на зразках гірських порід?


Лабораторна робота № 3

вивчення будови апаратури для акустичних досліджень

3.1 Мета, завдання і тривалість роботи

Метою роботи є ознайомлення студентів з будовою та функціональною блок-схемою апаратури призначеної для акустичних досліджень у свердловинах (акустичного каротажу).

Завдання: вивчити функціональну блок-схему та провести  калібрування і підготовку до роботи  апаратури акустичного каротажу. 

Тривалість роботи - 4 години.

3.2 Основні теоретичні положення

Акустичні методи дослідження розрізів свердловин (акустичний каротаж) базуються на вивченні пружних характеристик порід за спостереженнями розповсюдження у них пружних хвиль ультразвукового і звукового діапазону. При акустичному каротажі (АК) в свердловині збуджуються пружні коливання, які розповсюджуються в ній і в навколишніх породах та сприймаються приймачами, розташованими в тій самій свердловині.

За типом параметрів, що реєструються, виділяють такі основні модифікації акустичних методів: акустичний каротаж за швидкістю розповсюдження пружних хвиль; акустичний каротаж за загасанням пружних хвиль; широкосмуговий акустичний каротаж та інші. Каротажі за швидкістю та загасанням пружних хвиль складають стандартний акустичний каротаж і проводяться переважно одночасно.

В акустичному каротажі для дослідження розрізів свердловин використовується імпульсна ультразвукова установка (рис. 3.1), випромінювач якої періодично посилає пакети із трьох-чотирьох періодів ультразвукових коливань частотою 10-75 кГц, які розділенні в часі. Апаратура акустичного каротажу складається із свердловинного приладу I і наземної панелі II (див. рис. 3.1).

1 - випромінювач пружних ультразвукових коливань;

2 - генератор; 3 - синхронізуючий пристрій; 4, 9 –  приймачі пружних коливань; 5, 8 – свердловинні підсилювачі;

6, 9 – узгоджувальні пристрої; 10, 12 – фільтри;

11, 13 – підсилювачі наземної панелі.

Рисунок 3.1 – Узагальнена блок-схема апаратури ультразвукового каротажу

У трьохелементному свердловинному приладі є випромінювач 1 пружних ультразвукових коливань. Для збудження випромінювача використовується генератор або накопичувач енергії 2, живлення якого здійснюється від наземної панелі за допомогою кабелю. Збудження випромінювача здійснюється за командою від синхронізуючого пристрою 3.

Ультразвукові коливання, які виникли після проходження в гірських породах, що складають геологічний розріз свердловини, приймаються приймачами 4, 7 які створюють відповідні електричні коливання. Оскільки величина електричних коливань мала, то перед передачею електричних сигналів в наземну панель вони підсилюються підсилювачами 5, 8. Для зменшення спотворення сигналів, що передаються по кабелю, використовуються узгоджувальні пристрої 6, 9.

У сучасній апаратурі акустичного каротажу як випромінювачі використовують магнітострикційні або п’єзокерамічні перетворювачі, які працюють на основі резонансної частоти, а як приймачі – п’єзокерамічні перетворювачі, які працюють на частотах, нижчих від частоти основного резонансу.

Для відкидання некорисних сигналів у наземній панелі використовують фільтри 10 і 12, які включаються перед основними підсилювачами наземної панелі 11 і 13. Підсилені сигнали надходять на реєстратор 14.

На практиці, в основному, реєструють часи проходження хвилі від випромінювача до приймачів T1, T2 та інтервальний час T, а також величини амплітуд коливань A1 і A2, які реєструються ближнім і віддаленим приймачами, та логарифм відношення амплітуд lg(A1/A2). Такий спосіб реєстрації даних використовують в апаратурі акустичного каротажу СПАК-2М, СПАК-4 і СПАК-6.

Методика проведення вимірювань при акустичному каротажі. Свердловинний прилад опускають на задану глибину та, підключивши пульти до каротажного осцилографа, проводять регулювання вимірювальних каналів і встановлення масштабу запису кривих часу та амплітуд. Для цього виводять на нуль шкали бліки гальванометрів каналів T1, T2 і T при подачі на пульт калібрувальних сигналів, які відповідають нульовим значенням вказаних параметрів.

Переводять схему калібрування в позицію стандарт сигналу та регулюванням рівня вихідної напруги добиваються необхідного для вибраного масштабу запису відхилення бліку гальванометра кожного сигналу. Схема калібрування забезпечує отримання таких стандарт-сигналів: 50, 100, 250 мкс/м для T; 200, 600, 900 мкс для T1 і 250, 700, 1150 мкс для T2. Для запису T використовують два гальванометра з відношенням чутливості 1:2, а для запису T1 і T2 – по одному гальванометру. Масштаб запису T для карбонатного розрізу беруть рівним 10 мкс/м/см, а для піщано-глинистого розрізу – 20 мкс/м/см. Відхилення бліка основного гальванометра при встановлені масштабу становить:

                                        (3.1)

де Uсс – значення стандарт-сигналу в мкс;

S – база зонда, яка рівна 0.5 м;

n – масштаб запису в мкс/м/см.

Після встановлення масштабу нульову лінію запису для розширення шкали реєстрації зміщують вліво на 100 мкс за допомогою компенсатора поляризації. Масштаб запису T1 і T2 вибирають в діапазоні 20-50 мкс/см залежно від типу розрізу. Нульові лінії запису кривих зміщують вліво на 400 мкс. Нульові значення та стандарт-сигнали часових параметрів записують на діаграмі.

З метою налагодження каналів вимірювання амплітуд на реєстратор подають від калібратора калібровані сигнали, які відповідають їх нульовому та одному із стандартних значень. Масштаб запису A1 і A2 вибирають у межах 0,5-2 В/см. Для запису коефіцієнта загасання використовують масштаб 2 або 4 (м-1)/см. Калібровані сигнали реєструють на діаграмі.

Вимірювання проводиться при підйомі свердловинного приладу зі швидкістю не більше 1200 м/год. У процесі вимірювання за допомогою осцилографа контролюють розміщення міток спрацьовування схеми відліку часів на хвильових картинках і при необхідності його коректують регулюванням чутливості дискримінатора амплітуд.

У кінці діаграми для контролю стабільності апаратури реєструють калібровані сигнали часів і амплітудних параметрів.

3.3 Вказівки щодо підготовки до заняття

До лабораторної роботи необхідно мати такі апаратуру, обладнання та матеріали:

3.3.1 Панель АНК-М.

3.3.2 Свердловинний прилад СПАК-6.

3.3.3 Пристрій калібровки акустичний переносний (ПАУК).

3.3.4 Трансформаторне або веретенне масло.

3.4 Порядок виконання роботи

3.4.1 Покласти свердловинний прилад на стійки так, щоб він перебував у горизонтальному положенні на висоті близько одного метра над землею. Закріпити вузли орієнтації звукопровідних стрічок на випромінювачах і приймачі свердловинного приладу.

3.4.2 Виконати калібрування приладу.

3.4.2.1 З’єднати свердловинний прилад з наземною панеллю і перевірити роботу апаратури.

3.4.2.2. Встановити на реєстраторі потрібний масштаб запису кривих t1, t2 і ∆t. 

3.4.2.3 Встановити стрічку ближнього випромінювача в положення “0”, а дальнього випромінювача в положення “1”. Включити відповідними органами керування пульт виміру часу в режим виміру.

Бліки каналів ∆t, t1 (t2) повинні прийняти стан, відповідний інтервалам часу (∆t = 80 мкс/м, t1 (t2) = 450 мкс/м). Спрацювання порогового пристрою повинно відбуватися на першому півперіоді інформаційного сигналу. Амплітуда першого півперіоду має бути в чотири і більше разів вище рівня спрацювання порогового пристрою.

3.4.2.4 Відхилення бліків ∆t, t1 (t2) від вказаного у формулярі значення є поправкою на покази апаратури, яку вказують у заголовку діаграми.

3.5 Аналіз результатів роботи, висновки

Студенти аналізують процес підготовки до роботи і калібровку апаратури акустичного каротажу. У звіті наводять результати калібрування акустичного приладу да дають висновок про можливості застосування його для вимірювання акустичних параметрів гірських порід у свердловинах.

3.6 Контрольні запитання

3.6.1 Які параметри реєструють за допомогою апаратури АК?

3.6.2 Для чого використовують калібратор?

3.6.3 Перелічить пружні параметри гірських порід. В яких одиницях вони вимірюються?

3.6.4 Від яких факторів залежать пружні коефіцієнти і швидкість розповсюдження хвиль в гірських породах?

3.6.5 Які породи і чому мають максимальні і мінімальні значення швидкості розповсюдження пружних хвиль?

3.6.6 Назвіть основні блоки апаратури акустичного каротажу. 

.


Лабораторна робота №
4

Вивчення методики первинної обробки даних акустичного каротажу

4.1 Мета, завдання і тривалість роботи

Метою роботи є ознайомлення студентів з методикою первинної обробки даних акустичного каротажу.

Завдання: перевірити якість діаграмного матеріалу; виділити пласти-колектори та визначити їх межі; зняти характерні значення інтервального часу ΔТ .

Тривалість роботи - 4 години.

4.2 Теоретичні відомості

Акустичний каротаж (АК) базується на вивченні полів пружних коливань звукових та ультразвукових частот, що утворюються у свердловинах за допомогою акустичних випромінювачів. За характером він буває - по швидкості та загасанню.

За типом хвиль АК буває такий, що використовує: прямі, відбиті, поверхневі, заломлені поздовжні і поперечні хвилі.

АК по заломлених (головних) хвилях є найбільш розповсюдженим. При інтерпретації отриманих даних визначаються характеристики (швидкість поширення, амплітуда, загасання, спектральний склад та ін.) пружних хвиль, які поширюються від випромінювача до приймача, що розташовані на певній відстані у свердловині.

Щоб уникнути впливу умов вимірювання на реєструючі параметри, застосовують триелементний вимірювальний зонд, у якому є два випромінювача і один приймач. За допомогою такого зонда вимірюється інтервальний час ΔТ поширення пружних хвиль:

                               (4.1)

де Т1 і Т2 – час проходження пружних хвиль від відповідно від першого і другого випромінювачів до приймача, мкс;

S – відстань між двома випромінювачами, м.

Амплітудний коефіцієнт поглинання α в м-1 розраховується за формулою:

                              (4.2)

де А1 і А2 – амплітуда пружних хвиль, які зареєстровані приймачем відповідно від першого та другого випромінювача, В.

Інтерпретацію даних АК можна подати в наступній послідовності.

4.2.1 Оцінка якості діаграм. Діаграми ΔТ придатні для інтерпретації при умові, що:

– криві Т1, Т2 короткого і довгого двоелементних зондів у загальних рисах повторюють одна одну;

– значення ΔТ = Т2 - Т1 в еталонних середовищах відповідають характерним для них значенням: навпроти каверн великого діаметру -580 – 600 мкс; навпроти щільних вапняків – 155 – 160 мкс/м;

– повторні криві Т1 і Т2 відрізняються від первісних не більше ніж на 1,5 %, а криві ΔТ – не більше ніж на 3 %.

Криві Т1, Т2, ΔТ, які не задовольняють жодної умови, є спотвореними і інтерпретації не підлягають. Найбільш важливим недоліком кривої ΔТ є наявність помилкових аномалій (“викидів”), що іноді виходять за межі інтервалу ΔТmin або ΔTmax.

4.2.2 Визначення меж пластів. Крива інтервального часу реєструється в лінійному масштабі так, що величина ΔΤ зростає зліва направо. Крива поглинання α реєструється в лінійному або логарифмічному масштабі. Таким чином, породи з високою пористістю і підвищеним поглинанням енергії хвиль відзначаються на фоні порід, що вміщують пласт, максимумами на кривих ΔΤ і α. Аномалії зазначених параметрів симетричні відносно середини пласта. Його межі при будь-якому співвідношенні розміру зонда L і товщини пласта h знаходять по точках, які зміщені на відстань S/2 від початку аномалії до середини пласта (рис. 4.1).

Рисунок 4.1 – Теоретичні форми аномалій і визначення границь пластів на діаграмах акустичного каротажу.

4.2.3 Зняття характерних значень ΔТ. Зняття значень ΔТ в межах аномалії проводять для ділянок розрізу, які відмічаються номінальним діаметром dн, або dc<dн на кавернограмі; пласти, де dc>dн не інтерпретуються.

4.3 Порядок виконання роботи

4.3.1. Перевірити якість діаграмного матеріалу відповідно до п. 4.2.1.

4.3.2. Виділити пласти-колектори та визначити їх межі відповідно до п. 4.2.2.

4.3.3. Зняти характерні значення ΔТ відповідно до п. 4.2.3.

4.3.4. Результати інтерпретації занести у таблицю 4.1.

Таблиця 4.1 – Результати інтерпретації даних АК

п/п

Інтервал глибин пластів, м

h, м

ΔТ, мкс/м

1

2

3

4

4.4 Контрольні питання

4.4.1 Сформулюйте фізичну суть акустичного каротажу.

4.4.2 Який вид АК є найбільш розповсюдженим?

4.4.3. Як здійснюється перевірка якості діаграмного матеріалу АК?

4.4.4. Як визначають межі пластів за даними АК?

4.4.5. Як знімають характерні значення ΔТ із діаграм АК?


Лабораторна робота № 5

Вивчення методики визначення пористості гірських порід за даними акустичних досліджень

5.1 Мета, завдання і тривалість роботи

Метою роботи є ознайомлення студентів з методикою визначення пористості гірських порід за даними акустичних досліджень.

Завдання: використовуючи дані попередньої лабораторної роботи № 4 розрахувати пористість виділених пластів.

Тривалість роботи - 4 години.

5.2 Теоретичні відомості

Відомий ряд теоретичних і емпіричних формул, які встановлюють зв’язок між гранулярною (міжзерновою) пористістю порід і швидкістю (інтервальним часом) повздовжньої хвилі у них. Найбільше поширення у практиці набуло емпіричне рівняння середнього часу:

                            (5.1)

де ΔТ, ΔТр і ΔТск – відповідно інтервальний час у пласті, рідині, яка заповнює пори (вода, фільтрат, нафта або газ) і в мінеральному складі породи, мкс/м.

Рівняння середнього часу справедливе для визначення пористості неглинистих міжзернових колекторів, які залягають на глибинах 2500-3000 м. Для порід, які залягають на менших глибинах, а також нафтогазоносних і глинистих необхідно вносити поправки за глибину залягання, насиченість і глинистість.

Значення інтервального часу у мінеральному скелеті ΔТск отримують у лабораторії при дослідженні кернового матеріалу в умовах, максимально наближених до пластових.

Рекомендовані величини ΔТск для основних осадових гірських порід та породоутворюючих мінералів наведені у таблиці 5.1.

Таблиця 5.1 – Значення інтервального часу ΔТск і швидкості VР у гірських породах і мінералах

Порода

ΔТск, мкс/м

VР, м/с

Пісковик, добрезцементований

170

5900

Пісковик, ущільнений, слабозцементований

182

5500

Вапняк

155

6400

Доломіт

142

7050

Ангідрит

164

6100

Гіпс

171

5850

Кухонна сіль

217-230

4350-4600

Кварц

164

6100

Польовий шпат

170

5900

Слюда

178

5620

Кальцит

155

6450

У полімінеральних породах, якщо відомий наближений вміст компонентів, що складають мінеральний скелет, для розрахунків використовують середньозважені значення ΔТск , які розраховують за формулою:

                       (5.2),

де ΔТ, ΔТр і ΔТск – відповідно інтервальний час у пласті, рідині, що заповнює пори (вода, фільтрат, нафта або газ) і в мінеральному скелеті породи, мкс/м.

Кпкоефіцієнт пористості, що визначається на керні, або іншими методами геофізичних досліджень свердловин.

Інтервальний час розповсюдження пружних хвиль у пластовій воді ΔТр розраховують за формулою:

                                 (5.3)

де Св – мінералізація пластової води, г/л.

Також можна визначити величину ΔТр графічним шляхом при заданій мінералізаці пластової води Св, ефективному тиску Реф і температурі t. (рис. 5.1).

При збільшенні гідростатичного тиску приріст швидкості пружних хвиль у воді складає 0,02 м/с на 1 м глибини. З підвищенням температури швидкість пружних хвиль у воді спочатку збільшується, досягаючи максимуму при певній температурі (для дистильованої води υ = 1555,5 м/с при tо= 73,95 оС) і зменшується при подальшому підвищенні температури. При підвищенні мінералізації води максимум приросту швидкості зменшується по абсолютній величині і зміщується у сторону менших температур. Із збільшенням мінералізації від 0 до 300 г/л максимальний приріст швидкості зменшується від 80 до 20 м/с.

На практиці нема необхідності визначати ΔТр з високою точністю. При визначенні пористості за допомогою рівняння середнього часу наближене значення ΔТр = 600 мкс/м у міцно зцементованих породах, насичених високо-мінералізованою водою. На швидкість поширення пружних хвиль у гірських породах суттєвий вплив здійснює ефективний тиск Реф -різниця гірського і пластового тисків. За відсутності даних про величини гірського і пластового тисків в осадових породах, ефективний тиск може бути визначений за формулою:

,                         (5.4)

де H – глибина залягання пласта, м.

а, а/, б – вихідні дані; в, г – переміщення по номограмі, д і д/ шукані величини ΔТр і υр

Рисунок 5.1 – Номограма для визначення інтервального часу у рідині ΔТр, та швидкості Vр при заданій мінералізації Св (кг/м3), ефективному тиску Реф і температурі t 

(розчин NaCl) (за даними фірми Герхард-Оуен).

5.3 Порядок виконання роботи

5.3.1 Виділити пласти-колектори та визначити їх межі.

5.3.2 Зняти характерні значення ΔТп .

5.3.3 Визначити інтервальний час розповсюдження пружних хвиль в скелеті породи (див. табл. 5.1). Мінералогічний склад скелету породи задається викладачем.

5.3.4 Маючи температуру на глибині залягання пласта-колектора, тиск та мінералізацію пластової води за номограмою, що наведена на рис. 5.1, знайти ΔТр.

5.3.5 За рівнянням середнього часу (5.1) знайти коефіцієнт пористості.

5.3.6 Результати інтерпретації занести у таблицю 5.2.

Таблиця 5.2 – Результати інтерпретації даних АК

Інтервал глибин пластів, м

Св, г/л

Реф, мПа

t, ос

ΔТ, мкс/м

ΔТск, мкс/м

ΔТр, мкс/м

Кп,

%

868-872

8

5.4 Контрольні запитання

5.4.1 Дайте визначення динамічної, ефективної, відкритої та загальної пористості гірських порід.

5.4.2 Як залежить пористість гірських порід від різних факторів?

5.4.3 Дайте визначення динамічної, ефективної, відкритої та загальної пористості гірських порід.

5.4.4 Наведіть параметри, що характеризують пружні властивості гірських порід, їх фізичну суть, одиниці виміру.

5.4.5 Наведіть рівняння середнього часу.

5.4.6 Наведіть порядок виконання лабораторної роботи.


Перелік рекомендованих джерел

Кобранова В. Н. Определение петрофизических характеристик по образцам / [В. Н. Кобранова, Б. И. Извеков, С. Л. Пацевич, М. Д. Шварцман]. - М.: Недра, 1977. - 432 с.

Кобранова В. Н. Петрофизика / В. Н. Кобранова - М.: Недра, 1986. - 392 с.

2. Петрофизика : Справочник. В трёх книгах. Книга первая. Горные породы и полезные ископаемые / Под ред. Н. Б. Дортман/. – М.: Недра, 1992. -3 91 с..

3. Заворотько Ю. М. Фізичні основи геофізичних методів дослідження свердловин / Ю. М. Заворотько – К.: УкрДГРІ, 2010. - 338 с.

4. Ивакин Б. Н. Акустический метод исследования скважин / Б. Н. Ивакин, Н. А. Карус, О. Л. Кузнецов - М.: Недра, 1978. - 320 с.

5. Кривко Н. Н. Промыслово-геофизическая аппаратура и оборудование / Н. Н. Кривко, В. Д. Шароварин, В. Н. Широков - М.: Недра, 1981. - 280 с.

6 Резванов Р. А. Радиоактивные и другие неэлектрические методы исследования скважин / Р. А. Резванов — М.: Недра, 1982. - 368 с.

7. Петкевич Г.И. Акустические исследования горных пород в нефтяных скважинах / Г. И. Петкевич, Т. З. Вербицкий – К.: Наукова думка, 1970. – 126 с.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

43072. Объединение региональных объединённых энергосистем в более мощную систему образует Единую энергетическую систему России 2.3 MB
  Одной из главных задач электроснабжения является обеспечить дальнейший экономический прогресс общества, глубокий качественный сдвиг в материально-технической базе на основе ускорения научно- технического прогресса, интенсификации общественного производства, повышение эффективности.
43073. Народное хозяйство и природно-климатические условия проектирования 88 KB
  Климат: почти вся территория Томской области находится в пределах таежной зоны. Климатические условия южных и северных районов Томской области заметно отличаются ввиду того что расстояние между северной и южной границами области по меридиану достигает 600 километров. Климатические характеристики северных районов области отличаются большей суровостью и продолжительностью зимнего сезона. На долю речных долин приходится 1 5 территории Томской области.
43074. БЕЗОПАСНОСТЬ ОБЪЕКТОВ, ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ 12.44 MB
  Разработка проекта пассивной противопожарной защиты здания 15 2.2 Характеристика здания по заданию и предварительная планировка здания 16 2.3 Определение категории здания по взрывопожарной и пожарной опасности 19 2.1 Деление здания на пожарные отсеки 20 2.
43075. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННОЙ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ ПАНЕЛИ СБОРНОГО ПЕРЕКРЫТИЯ МНОГОЭТАЖНОГО ЗДАНИЯ 2.92 MB
  Характеристики арматуры и бетона. Подбор продольно напрягаемой рабочей арматуры из условия прочности сечения нормального к продольной оси панели. Определение необходимости постановки поперечной арматуры проектирование постановки косвенной арматуры исходя из конструктивных требований строительных норм. Учет влияния длины зоны передачи напряжений продольной напрягаемой арматуры.
43077. Расчет электромагнитных переходных процессов при нарушении симметрии трехфазной цепи 9.86 MB
  Составим схему замещения для прямой последовательности: Определим параметры схемы замещения для прямой последовательности: С: Л1: Л2: Т2: Н1: Н2: АД: Р: Расчет параметров для реактора не требуется т. Т1: Т3: Г12: Найдем и свернув схему используя законы последовательного и параллельного соединения: Составим схему замещения обратной последовательности: Определим параметры схемы замещения...
43078. Расчет усилителя мощности низкой частоты 1.37 MB
  Усилитель мощности. В зависимости от типа усиливаемого параметра усилительные устройства делятся на усилители тока напряжения и мощности. Одним из ответственных узлов звукозаписывающей аппаратуры является усилитель мощности.
43079. Электрический привод системы “генератор-двигатель” 1017 KB
  Номер варианта Закон изменения момента сопротивления рабочей машины Мсм Нм Момент инерции рабочей машины Jм в долях от момента инерции двигателя кгм2 Тип двигателя и способ его питания 2 2000 70 Постоянного тока от генератора постоянного тока Примечание: Характер момента сопротивления реактивный. Требуемую перегрузочную способность двигателя. Средняя температура нагрева изоляции двигателя не должна превышать допустимую.4 Предварительная мощность двигателя рассчитывается по нагрузочной диаграмме и тахограмме рабочей машины.
43080. Возможности и преимущества Microsoft Powerpoint 2010 8.77 MB
  Когда-то слово “презентация” ассоциировалось с кипой бумаг и множеством маркеров. Сейчас программа Microsoft PowerPoint позволяет создавать презентации на компьютере и демонстрировать их в виде слайд-шоу. Приложение PowerPoint входит в состав пакета Microsoft Office, представляющего собой набор программных продуктов для создания документов, электронных таблиц и презентаций, а также для работы с электронной почтой.