Информационно-измерительная система спектрального анализа сигналов скважинной волновой акустики для оценки физико-механических свойств горных пород

• Автор: Муравьев, Сергей Анатольевич
• Шифр специальности: 05.11.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 157 с. : ил.

Оглавление
Введение

1 Общие сведения о волновом акустическом методе

1.1 Методология волнового акустического каротажа

1.2 Состав и особенности аппаратуры акустического метода

2 Математическая модель объекта исследования

2.1 Некоторые модели горных пород

2.2 Перспективы практического применения теории М.А. Био

3 Интерпретация спектров акустических сигналов

3.1 Алгоритм определения физических характеристик объекта

исследования

3.2 Применение алгоритма для анализа промысловых данных
3.3 Лабораторное исследование физических свойств керна
4 ИИС спектрального анализа акустических сигналов
4.1 Обзор существующих решений
4.2 Структурная схема информационно-измерительной системы
Заключение
Литература
Приложение
Приложение
Приложение

Введение
Эффективность работы компаний нефтегазовой отрасли во многом зависит от уровня развития применяемых геофизических информационноизмерительных систем (ИИС) и лежащих в их основе физических методов получения информации. В настоящее время одним из ведущих методов скважинной геофизики является акустический метод, объемы применения которого составляют около 10% от общего объема ГИС [1].
Современные ИИС волнового акустического каротажа (ВАК) позволяют решать широкий круг геолого-технических задач, как-то:
• литологическое расчленение разреза скважины,
• оценка пористости и трещиноватости пород,
• локализация интервалов их напряженного состояния,
• выявление зон нарушений обсадных колонн.
В то же время, существует ряд актуальных задач самостоятельно не решаемых применением акустического метода:
• выделение мелких литологических комплексов,
• количественная и качественная оценка насыщения коллекторов,
• выделение проницаемых интервалов по параметрам продольной и поперечной акустических волн.
Представляется, что решение указанных задач требует внедрения новых подходов к интерпретации данных и построению аппаратуры акустического метода.
Одним из перспективных направлений в области расширения возможностей ВАК является применение методов спектрального анализа измерительных сигналов, по образцу других областей науки и техники. Кроме

того, частотный способ обработки геофизической информации в ряде случаев позволяет устранить некоторые из недостатков, присущих временному способу [2].
Широкое внедрение методов спектрального анализа в течение долгого времени сдерживается отсутствием обоснованной физической модели волновых процессов, протекающих в пористых средах, подходящей для интерпретации спектров акустических сигналов. Создание и дальнейшее развитие такой модели, а также построение на ее основе аппаратуры акустического метода представляется актуальной научно-практической задачей. Решению этой проблемы, разработке принципов устройства методической и аппаратной составляющих ИИС спектрального анализа акустических сигналов, посвящена настоящая диссертация.
В соответствии со сказанным выше, основными задачами диссертации являются:
• Развитие спектрального направления в описании волновых процессов, протекающих в насыщенных пористых средах.
• Проведение лабораторных и моделирование натурных акустических измерений.
• Разработка структурной схемы ИИС, реализующей предложенный метод интерпретации спектров акустических сигналов.
Диссертация состоит из введения и четырех глав.
В первой главе обозначен объект исследования - вскрытая скважиной насыщенная флюидом горная порода. В рамках идеализированной модели упругой изотропной среды показана связь его физических характеристик с параметрами акустических волн. Автором подчеркивается, что развитие волновой акустики включает в себя не только методическую, но и аппаратную составляющие. В связи с чем, приводятся основные сведения об аппаратуре акустического метода, рассматриваются конструктивные особенности ее основных компонентов, а также трудности, возникающие при проектировании

могут принимать такие значения, при которых скорость продольных волн заметно реагирует на содержание флюида [27].
Как было указано выше, теория Гассмана базируется на предположении, что относительное движение жидкости и скелета имеет пренебрежимо малое влияние на распространение акустических волн во флюидонасыщенных горных породах. Это предположение справедливо лишь в области низких (сейсмических) частот, и, кроме того, теория не дает никаких средств оценки затухания волн. Рассмотрим более общую теорию, свободную от этих недостатков.
Эта теория возникла при изучении поведения электрического потенциала во влажных почвах и звукопоглощающих материалах, используемых в атмосферной акустике. Первая работа в этой области принадлежит советскому физику Я.И. Френкелю [30]. Анализируя уравнения движения жидкой и твердой фаз, Я.И. Френкель вывел и нашел приближенное решение дисперсионного уравнения распространения продольных волн, соответствующее волнам первого и второго рода. Позднее, в книге К. Цвиккера и К. Костена [31] были представлены уравнения распространения звуковых колебаний в случае газонасыщенной пористой среды в одномерном приближении. В дальнейшем Гассманом [32] были получены рассмотренные выше соотношения, описывающие влияние состава флюида на сейсмические скорости волн и свойства пород. Однако наиболее общее описание волновых процессов, протекающих в пористых средах, была предложено американским ученым М.А. Био, основные работы которого появились в 1956 г. [33, 34], а в дальнейшем (1962 г.) теория была им расширена [35]. М.А. Био, в частности, удалось получить векторные уравнения распространения акустических волн, выраженные в терминах среднего смещения скелета и флюида. Решение последних предсказывало существование продольной волны второго рода, впервые зарегистрированной Т. Плона [36] в 1980 г. К настоящему времени доказано, что предложенная М.А. Био система уравнений отталкивается от тех же соотношений между напряжениями и деформациями, что и в работе Я.И.