Способ сейсмических исследований в скважинах

 

COOS СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (5@4, G 01 V 1/40

317? А

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Ц,":," -:::: —;-,, /

К ABTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3733474/24-25 (22) 25.04.84 (46) 07.04.86. Бюл. Ф 13 (71) МГУ им. М.В. Ломоносова (72) А.В. Калинин, В.В. Калинин и Б.Л. Пивоваров (53) 553.083(088.8) (56) Дьяков Д.И., Леонтьев Е.И., Кузнецов Г.С. Общий курс геофизических исследований скважин. — М.: Недра, 1977, с. 266-281.

Крауклис П.В., Перельман А.Л., Рабинович Г.Я. Об одном способе определения скоростей поперечных волн при акустическом каротаже. — Вопросы динамической теории распространения сейсмических волн, вып. Хl. — Л., 1971, с. 63-71. (54)(57) СПОСОБ СЕЙСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ В СКВАЖИНАХ, состоящий в измерении времени пробега поверхностных скважинных волн от источника к при- емнику, расположенных на фиксированном расстоянии один от другого, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности и эффективности исследований, возбуждают волны с частотным составом в диапазоне от

20 Гц до 4 кГц, а регистрацию проводят в двух частотных диапазонах, при этом границы первого частотного диапазона выбирают равными 20 и 500 Гц, а второго — I и 4 кГц.

1223177

Изобретение относится к геофизическим исследованиям в скважинах, в частности к сейсмическим исследованиям с целью определения физических характеристик пород околоскважинного пространства.

Цель изобретения — повышение точности и эффективности исследований, На фиг. 1 показана импульсная характеристика скважины как фильтра, 10 формирующего волновое поле на фиг.2 частотная характеристика скважины.

Способ осуществляется следующим образом.

В скважину радиусом В, заполнен- 15 ную жидкостью со скоростью акустических волн в ней а, и плотностью у, помещают источник,и приемник упругих волн, расстояние между которыми по .вертикальной оси скважины составляет z. Плотность окружающих скважину пород равна 1,, а скорости продольных и поперечных волн в них — соответственно а и Ь . Если разместить . источник на вертикальной оси и сов- 25 местить с ним начало координат, то давление внутри скважины в точке с координатами z, r, (r i R) определяется соотношением сК2

it,çó> " ) (,) я 1(4».й

+ дд. (rn,ъ1)е р (j кт) d к, (i) где cd — круговая частота;

Po — функция источника;

Š— переменная интегрирования, 35 имеющая смысл пространственной частоты; шр = с 1 — k+ g = tJ/8

4 1 В

I и Но — функции Бесселя и Ханкеля;

)» -7

11 = 3,14159...;

А — функция, определяемая из граничных условйй.

Если рассматривать скважину как . некоторый фильтр, формирующий волновое поле, то Р ((), r; z) — частотная характеристика этого фильтра, оп ределяющая давление внутри скважины.

Обратное преобразование Фурье от

Р ((), r, z) — импульсная характеристика фильтра, т.е. сейсмотрасса волн давления в скважине при возбуждении в ней У-импульса. При возбуждении в источнике импульсов произвольной формы сейсмотрасса может быть получена как их свертка с импульсной характеристикой, 2

На фиг. 1 и 2 приведены рассчитанные по формуле (1) импульсные и частотные характеристики для случая, когда скорость поперечных волн Ьд в окружающих породах меньше скорости а1 волн в жидкости, заполняющей скважину. Такая модель среды является основной для инженерно-геологических и инженерно-геофизических изысканий, так как она характерна для верхней части разреза осадочных и рыхлых отложений. B расчетной модели приняты Следующие параметры: а, 1500 м/с; Pq = 1 г/см а

t ф

Ь

1700 .м/с; Ь = 650 м/с; = 2 г/см, R = 0,05 м; r. 0,01 м; z = 10 м.

Эти параметры соответствуют разрезу глинистых отложений.

На сейсмотрассе (фиг. 1) вьщеляются три типа волн. Волна 1 — продольная, т.е. волна,. распространяющаяся в породах со скоростью продольных волн, а внутри скважины регистрируемая как головная волна. Эта волна высокочастотная: ее видимый период при R = 0 05 м соответствует частоте 2 кГц и уменьшается как 1/R.

Волна 2 является гидроволной, т.е. волной поверхностного типа, ско рость которой при М вЂ” ф О равна скорости трубной волны Лэмба ч,-ь,jP./(* й,/а,)*) -о„(1.„,ф)), Эта волна является существенно низкочастотной. Центральная частота ее спектра не превышает для всех типов разреза и всех практически используемых радиусов скважин 500 Гц.

Волна 3 имеет скорость распространения, равную скорости поперечных волн. Поскольку головная поперечная волна при заданном соотношении скоростей (Ь g а ) образоваться не может, то она является поверхностной неоднородной волной. Она образуется за счет неоднородных волн, входящих в разложение сферической волны. При прохождении через границу (стенку скважины) эти волны трансформируются в обычные однородные, распространяющиеся в окружающей среде со скоростью поперечных волн.

При наблюдениях на малых базах, т.е. когда расстояние между приемником и источником неважно, оба типа поверхностных волн (2 и 3) интерферируют, тем самым не удается определить вступление поверхностной вол1223!

20

45 з ны 3 и, следовательно, скорость поперечных волн. Применение больших баз или наблюдение на нескольких базах связано с трудностями: при использовании больших баз падает де5 тальность исследований, наблюдение на нескольких базах снижает не только детальность, но и производительность исследований.

Указанные трудности можно избежать, воспользовавшись различием в спектральном составе поверхностных волн 2 и 3. Специфической особенностью этих .волн является их полная разрешенность в частотной области.

На фиг. 2 приведен амплитудный спектр (модуль частотной характеристики) волн, регистрируемых в скважине; об ласть 4 амплитудного спектра соответствует гидроволне 2 на фиг. 1; область 5 амплитудного спектра соответствует продольной волне 1 и поверхностной волне 3 на фиг. 1. Таким образом, осуществляя регистрацию в двух различных частотных диапазонах, можно исключить интерференционные эффекты и в чистом виде регистрировать все три типа волн, возника- ющих при сейсмическом каротаже скважины. Разделение продольной 1 и поверхностной 3 волн при этом происхо30 дит йа сейсмотрассе в силу разницы в скоростях продольной и поперечной волн.

Расчеты, проведенные для модели скважины, удовлетворяющей .соотношению Ъ < а, показали, что при любых практически применяемых диаметрах скважин и для любых скоростей поперечных волн в околоскважинном пространстве нижняя и верхняя границы час- 40 тотного диапазона гидроволны не превышают соответственно 20 и 500 Гц, а границы частотного диапазона по-верхностной поперечной волны не превышают: нижняя граница 1 кГц, верхняя 4 кГц. В связи с этим для разде177 ления волн при сейсмическом каротаже можно использовать два частотных диапазона регистрации: первый от 20 до

500 Гц, второй от 1 до 4 кГц. При этом ширина спектра возбуждаемых колебаний должна составлять не менее

4 кГц. Под шириной спектра при этом понимается полоса частот, в которой содержится не менее 90Х энергии возбуждаемых колебаний.

При регистрации в диапазоне !в

4 кГц выделяется поверхностная поперечная и продольная волны, по временам вступления которых определяются скорости Ь и а> пород околоскважинного пространства. При регистрации во втором частотном диапазоне выделяется гидроволна и определяет.ся ее скорость Vz . Зная 7а, Ъ и а можно определить и плотность пород

1 поскольку скорость а> и плотность жидкости, заполняющей скважину, обычно хорошо известны.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет определить не только скорости поперечных и продольных волн в породах, но также и их плотность. Тем самым полностью решается задача определения упругих модулей пород при сейсмических исследованиях в скважинах.

Использование предлагаемого способа в сравнении с известным обеспечивает повьппение точности и эффективности исследований, что достигается за. счет того, что скорость поперечных волн определяется не расчетным путем с использованием величин, полагаемых априори известными, а непосредственно из измерений времени прихода поверхностной волны,распространяющейся со скоростью поперечной волны. Кроме того, способ позволяет определить плотность пород и.тем самым дает возможность по .данным сейсмических исследований определять упругие константы этих пород.

1223177

Составитель Н. Журавлева

Редактор С. Саенко Техред Н.Бонкало Корректор В. Бутяга

Заказ 1709/49 Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4