Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Закономерности распространения упругих волн в неоднородной среде, пересеченной скважиной

ВАК РФ 04.00.22, Геофизика

Автореферат диссертации по теме "Закономерности распространения упругих волн в неоднородной среде, пересеченной скважиной"

РГ6 од

комитет российской федерации по геологии и использованию недр всероссиискии научно-исследовательски! институт геологических, геофизических и геохимических систем (шиигеосистем)

на правах рукописи

базин владимир викторович

закономерности распространения упругих волн в неоднородной среде. пересеченной сквахинои

Специальность 04.00. 22-ГеоФизика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата Физико-математических наук

Москва-1993

Работа выполнена во Всесоюзной научно-исследовательском и проектно-конструкторском институте геофизических методов исследования. испытания и контроля нефтегазоразведочных скважин (ВНИГИК).

Научный руководитель: доктор технических наук

В. Н. Крутин

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

В. С. Ямщиков

(Носковский горный институт)

кандидат физико-математических нау* В. Е. Рок

(ВНИИГеосистем)

Ведущая организация: Волжское отделение института геологии

и разработки горючих ископаемых (ВО ИГ и РГИ, г. Самара).

Зашита состоится 27 мая 1993 г. в /У часов на заседании специализированного Совета Д 071. 10. 01 по зашите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук при Всероссийском научно-исследовательскон институте геологических, геофизических и геохимических систен по адресу: 113Ю5. Москва. Варшавское шоссе дои в, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в геологическом Фонде ВНИИГеосистем.

Автореферат разослан " апреля 1993 г.

Ученый секретарь Специализированного Совета. ✓

доктор геолого-нинералогических наук в> с' Лебеде

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Значимость акустического каротажа (АК) в конплексе методов ГИС связана с объемом и качеством информации, получаемой при обработке данных АК.

Форма акустического сигнала определяется набором волн различного типа, характеристики которых зависят от пористости, литологи-ческого состава пород, их глинистости, геометрии скважины и других Факторов. Поэтому акустический сигнал несет в себе обширную информацию о разрезе скважины. Эффективность извлечения этой информации связана с конструктивными особенностями зонда и алгоритмами обработки сигналов АК.

До настоящего времени основным параметром, определяемым при АК, является интервальное время продольной волны. Использование коэффициента затухания продольной волны, вследствие низкой точности его измерения, носит вспомогательный характер. Применяемая при интерпретации результатов АК модель однородной среды, пересеченной цилиндрической скважиной, часто мало соответствует реальным геолого-техническим условиям, когда стенки скважины обладают каверноз-ностью, сложены из чередующихся пластов с различными свойствами, к тому же измененными вблизи скважины, а зонд может быть смешен с оси скважины. В этих условиях данные по АК интерпретируются с пониженной точностью.

Повышение эффективности АК в значительной степени связано с усовершенствованием интерпретационных моделей и алгоритмов обработки данных. Нногоэлементность зонда и возможность цифровой записи сигналов на магнитный носитель могут позволить применить ЭВМ для обработки данных АК с получением большего числа информативных параметров с точностью, достаточной для количественной геологической интерпретации.

Для разработки интерпретапионого аппарата и совершенствования аппаратуры АК необходимо изучение распространения упругих волн в неоднородной среде, пересеченной скважиной. При этом должны быть уяснены связи между параметрами акустического сигнала и структурой и физическими характеристиками массива горных пород. За исключением решения некоторых частных задач, эти вопросы недостаточно изучены.

Цель работы-изучение закономерностей кинематики головной продольной волны при импульсном акустическом каротаже в неоднородных средах и исследование возможностей определения структуры прискважинной зоны по данным АК при геофизических исследованиях в скважинах.

Основные задачи работы:

-разработка .¡атематического аппарата моделирования прямых задач АК (метод конечных элементов (МКЭ) в сочетании с аналитическими методами);

-решение ряда прямых задач с целью изучения влияния на распространение головных продольных волн следующих Факторов:

а) радиальных неоднородностей прискважинной зоны;

б) пластовой структуры горных пород, пересеченных скважиной;

в) кавернозности стенок скважины; -определение возможностей использования головных продольных волн при импульсном АК в сложных геолого-технических условиях при геофизических исследованиях в скважинах.

Научная новизна. Автором впервые:

1. Установлено, что при импульсном АК связь дифференциального годографа головной продольной волны (ДГПВ) с радиальным профилем скорости в прискважинной зоне и длиной зонда хорошо согласуется с аналитической зависимостью, основанной на лучевом приближении геометрической акустики. Выяснено, что ДГПВ определяется скоростью в среде в точке поворота луча.

2. Установлено, что аномалии ДГПВ. вызванные тонким пластом или небольшим уступом, имеют сходную Форму. Найдена функциональная зависимость характерной длины аномалии от соотношения скоростей продольной волны во вмешаюшей породе и скважинной жидкости, радиуса скважины и длины продольной волны во вмешаюшей породе.

3. На основе математического моделирования выяснено, что в случае вертикально-неоднородного массива ДГПВ приближенно равен сумме аддитивных вкладов в него (аномалий) от элементарных пластов, слагающих разрез. Аноналия ДГПВ. обусловленная неровностью стенки скважины, является аддитивной суммой аномалий от элементарных ус-

тупов, аппроксимирующих вертикальный профиль стенки скважины. Вертикальная неоднородность массива и неровности стенки скважины дают взаимно-независимые вклады в ДГПВ.

4. Численными методами установлена функциональная зависимость разрешения акустического зонда от соотношения скоростей продольной волны во вмещающей породе и скважинной жидкости, радиуса скважины, видимого периода в пакете продольной волны и базы зонда.

Основные зашишзеные положения:

1. Связь киненатики головной продольной волны с радиальной неоднородностью прискважинной зоны, пластовой структурой массива и неровностью стенки скважины.

2. Связь разрешения акустического зонда с параметрами прибора и скважинными условиями.

3. Методика решения обратной кинематической задачи АК для радиальной неоднородности прискважинной зоны и рекомендации по ее реализации в аппаратуре. '

4. способ акустического каротажа, использующий компенсированный 4-элементный зонд.

Практическая значимость Работы.

1. Предложена и обоснована нетодика решения обратной задачи АК определения радиального профиля скорости в прискважинной зоне по кинематическим параметрам головной продольной волны, измеренным многоэлементным акустическим зондом.

. 2. Выработаны рекомендации по выбору расстояний между приемниками и длины многоэлементного зонда, позволяющих определять радиальный профиль скорости в прискважинной зоне.

3. определено понятие глубинности по радиусу при получении скоростных характеристик разреза скважины в условиях радиальной неоднородности прискважинной зоны по кинематическим параметрам головной продольной волны.

4. Определена вертикальная разрешающая способность акустического зонда как функция его базы, радиуса скважины, скорости продольных волн в массиве и видимого периода в пакете продольной волны акустического сигнала.

5. оценена эффективность применения компенсированных зондов в условиях кавернозности стенок скважины и при наличии горизонтальных границ.

-4. б. Предложен способ акустического каротажа на головных продольных волнах, использующий Ч-элементный прибор со встречной схемой измерений.

Апробапия работы, основные результаты диссертации докладывались на научно-практической конференции "Разработка аппаратуры для промыслово-геофизических и геолого-технологических исследований на нефтегазовых месторождениях Западной Сибири" (Тюмень. 1967), на 1 сессии Российского акустического общества "Акустика в промышленности" (Москва. 1992).

Публикации. По теме работы .имеется 7 публикаций, в том числе одно авторское свидетельство.

Объем работы. Диссертация состоит из введения,-четырех глав и заключения, которые изложены на У страницах текста, содержит 31 рисунка и список литературы, включающий 82 наименования.

в диссертации изложены результаты теоретических исследований автора, выполненных в отделе акустического каротажа и программно-управляемых приборов ВНИГИК.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю д. т. н. в. н. Крутину за постоянное внимание и помощь в работе. Автор признателен к. Ф. -м. н. А. ю. Юматову и к. Ф. -м. н. М. Г. Маркову за консультации и замечания при обсуждении работы.

СОДЕРКАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе характеризуются структура и акустические свойства горных пород, пересеченных скважиной, проведен выбор и обоснование ноделей скважин в сложнопостроенных средах, приведен обзор литературы по математическому моделированию распространения упругих волн для различных типов скважинных условий. Далее дано обоснование выбора способа математического моделирования прямых задач АК. Затем ставятся основные задачи работы.

в общем случае массив горных пород образован скелетом, в котором могут быть поры, трещины и каверны, заполненные Флюидами и газами. Процесс распространения упругих волн в такой многофазной среде сложен. Однако, неоднородности сильно различаются по своим размерам. Если в массиве горных пород присутствуют только микронеоднородности. величина которых значительно меньше длин волн, ха-

рактерных для Ак,для описания волновых процессов может использоваться модель сплошной среды с усредненными (макроскопическими) свойствами. В то же время неоднородности большего масштаба требуют детального учета при моделировании распространения упругих волн.

Были исследованы модели, включавшие в себя в идеализированном виде основные типы неоднородностей: пластовую структуру массива горных пород.радиальную неоднородность прискважинной зоны и кавер-нозность стенки скважины. Рассматривались аксиально-симметричные модели.

Принято, что в ноделях радиальной неоднородности скорости продольной и поперечной волн монотонно возрастают в интервале расстояний от стенки скважины до границы измененной зоны. Такие модели отражают главное свойство-понижение скорости в прискважинной зоне. Рассмотрены модели как с линейнын профилем скорости в прискважинной • зоне, так и с нелинейным, в разных вариантах которого максимальный градиент скорости был на стенке скважины либо в глубине массива, в изучаемых моделях радиальная протяженность измененной зоны варьировалась от о до о. 5 м. а степень понижения скорости на стенке скважины от о до 20'Л

Модели с пластовой структурой содержали пласт с горизонтальными границами во внешаипей породе. Толшина пласта изменялась от 0. 02 м до 1.0 м.

Роль кавернозности ствола скважины изучалась на моделях двух типов. В одном из них вертикальный профиль стенки скважины имел прямоугольный уступ, представлявший собой для распространяющихся волн скачкообразное расширение или сужение скважины. Другой тип содержал каверну произвольной Формы. Глубина уступа (каверны) изменялась от 0. 01 м до о. 3 м, а длина каверны от О. 02 м до 0. 5 м.

Использовались также модели, включавшие одновременно пласт и каверну, совмещенную по глубине с пластом или его частью.

Во всех моделях значения скоростей упругих волн в массиве горных пород составляли от 2000 м/с до 5000 м/с.

Теоретическое исследование процессов распространения упругих волн при акустическом каротаже шло параллельно с совершенствованием аппаратуры и методики обработки данных АК. в развитии АК большую роль сыграли работы Е. В. Каруса. о. Л. Кузнецова. Л. к Перельмана. Г. Я. Рабиновича. Т. В. Щербаковой. П. В. крауклиса. и. П. Дзебаня.

-6В. ф. Козяра. В. и. Коптева, Г. И. Петкевича, Т. 3. Вербицкого, Д. В. Бело-коня. Б. Н. Ивакина, И. С. файзуллина, В. с. Ямщикова и др. Значительный вклад в АХ внесли зарубежные ученые Дж. Е. Уайт, Дж. Ро-зенбаум, К. Ченг. Н. Токсоц, Л. Цанг, И. А. Био и др.

В течение последних лет большой прогресс в области АК достигнут благодаря работам о. л. Кузнецова, П. В. Крауклиса, В. Н. Крутила, Г. И. Петкевича, Н. А. Бураго, В. 3. Кокшарова, В. с. Ямщикова и др.

Первые теоретические работы относятся к распространению упругих волн от точечного источника, находящегося на оси заполненной жидкостью прямой круговой цилиндрической скважины, пересекающей однородный массив горных пород ( Био, Рип, Виллен, Штилке, Уайт и др. ) Было получено аналитическое решение динамической задачи теории упругости и исследованы продольные, поперечные и нормальные волны.

Имеются работы, в которых аналитические решения получены для более сложных моделей, состоящих из концентрических слоев, но сохраняющих цилиндрическую симметрию и постоянство свойств вдоль оси скважины < к. Ченг, И. Токсоц, Чанг, эверхарт и др. ). В рамках этой модели исследовалось влияние измененной зоны, глинистой корки, обсадной колонны и цементного кольца на компоненты полного акустического сигнала.

Дж. А. Риц и Д. Е. Виллен дали аналитическое решение для случаев пустой скважины и бесконечной абсолютно жесткой скважины, пересекающей горизонтальный набор жидких слоев.

В целом, известные аналитические решения получены для моделей в которых почти всегда существует цилиндрическая симметрия и постоянство свойств вдоль оси скважины. При усложнении модели, в частности, при включении в нее горизонтальных границ раздела между пластами с реальными свойствами, получить точное аналитическое решение невозможно. Поэтому применяются численно-аналитические или численные методы. Получаемые при этом результаты носят, как правило, частный характер, так как решения даже для моделей одного и того же типа, но отличающихся размерами или плотностью и упругими константами, не выражаются друг через друга.

Интервальное время головной продольной волны, определяемое по первйм вступлениян акустического сигнала, и в настоящее время остается основным параметром, измеряемым при АК.

Число работ, в которых исследуется связь кинематики головной продольной волны с вертикальным профилем скорости в массиве, относительно невелико. В них обычно используются метод конечных разностей или метод конечных элементов (Чанг. Стефен и др. ). Полученные результаты дают представление о поведении кривой интервального времени на границах пластов. Вместе с тем, эти данные Фрагментарны и количественная связь со структурой таких скважинных моделей и характеристиками волнового поля не исследована.

Некоторые результаты, касающиеся кинематики головной продольной волны, получены в приближении геометрической акустики. Приводятся опенки влияния каверн (Хлыстов, Некрасов и др. ), предложены методы оценки параметров радиально-неоднородной прискважинной зоны (Хорнби, Чанг. Лещук и др. ). Однако, применение геометрической акустики нуждается в обосновании, т. к. радиус скважины, размер неоднородности в массиве и длина продольной волны являются величинами одного порядка.

Слабо изученным аспектом исследования распространения упругих волн в скважинах является совместное влияние неровностей стенки скважины и пластовой структуры массива на кинематику головной продольной волны, знание которого необходимо для количественной опенки достоверности определения и создания более совершенной аппаратуры и методики обработки данных АХ.

В целой, следует констатировать недостаточность изученности как связи кинематики головной продольной волны с профилен стенки скважины и структурой массива горных пород, так и возможности решения соответствующих обратных задач АК.

При исследовании распространения упругих волн в условиях, близких к реальным, в частности, при переменном диаметре скважины, радиальной неоднородности прискважинной зоны и наличии горизонтальных границ раздела между пластами реальным способом получения решений прямых задач АК могут быть только численные методы. Однако, традиционный метод конечных разностей, несмотря на примеры его успешного использования, трудно реализовать при геометрии, отличающейся множеством сложных границ. В этом случае более удобным является метод конечных элементов (НКЭ). позволяющий устойчиво решать задачи с разрывными коэффициентами Ламе и плотностью внутри обла-

сти. поэтому ккэ был выбран автором в качестве основного метода для решения прямых задач АК.

исходя из изложенного выше состояния изученности распространения головных продольных волн в сложных геолого-технических условиях. были поставлены указанные выше основные задачи работы.

Вторая глава пос^яшена разработке математического аппарата решения прямых задач ак методом конечных элементов снкэ), Формализации нкэ для исследуемых типов скважинных моделей.

Решалась система дифференциальных уравнений в частных производных, описывающая распространение упругих волн в аксиально-симметричных моделях:

Эвгг . дбгг . <Эгг -бч>ч> __ п д2иг Г •

дг ъг г ) дЬ2 Тг>

дбгг , Ъб2? , - рд2Л2 Г .

дГ эг Г Гг >

где

0=± д(г11г) . ЭЦ.г Г дГ 32 .

Следуя принципам ККЭ. для дискретизации задачи трехмерная пространственная область разбивалась на кольцевые конечные элементы цилиндрическими поверхностями Г—Г^ 1 — 1).,.Ыг и плоскостями ) — • Согласно конфигурации и свойствам модели. конечным элементам присваивались значения плотности и упругих коэффициентов Ламе. Каждону из пересечений поверхностей, образующих сетку по перененным Г > 2 • ставилась в соответствие

О

гусочно-билннейная функция (Г1 2} • которая равнялась 1 в са-юн пересечении (узле) и линейно уменьшалась до нуля в соседних гзлах по координатам Г > ¿Г . Решение задачи (в смешениях) иска-юсь в виде *

. й^Ща^-^г) (2)

После представления оператора в разностном виде с

1агом по времени с помощью интегральных преобразований задача водилась к алгебраической системе уравнений относительно :

- (3)

•де 171-1^2', -номера координат (1 и 2 обозначают

Г и 2 соответственно); I , К -номера базисных функций ( К кроме граничных); О-пу4/^,^) -элементы матрицы жесткости, определяемые выраже-

ниями

¿"Ш^г+а+МЩМг (н)

цементы матрицы массы

После диагонализации матрицы массы было получено решение системы ( 3 ) в явном виде:

_ т

При решении задачи задавались коэффициенты и.к при внутренних базисных функциях для двух начальных шагов по вренени. в дальнейшем на каждом шаге по времени определялись &К(Ь) для краевых базисных Функций в соответствии с граничными условиями, а затем вычислялись (Х+'С) Для внутренних базисных функций согласно выражению ( 5 ). По рассчитанным полям смешений определялось акустическое давление на оси скважины для ряда точек, равноотстоящих друг от друга. На магнитный носитель записывался в цифровом виде набор волновых картин.

В ряде случаев было проведено сравнение результатов моделирования изложенным вариантом метода конечных элементов с аналитическими или конечно-разностными решениями. Кроме того. МКЭ использовался для расчета скорости распространения упругих волн в акустических изоляторах, и результаты с точностью до .1 -г/, совпали с данными Физического моделирования. Опыт расчета большого числа пряных задач АК позволил сделать вывод о возможности успешного применения разработанного на основе нхэ математического аппарата.

В третьей главе приведены результаты исследований кинематики головной продольной волны на основе данных математического моделирования НКЭ распространения упругих волн в скважинных моделях.

На моделях с несколькими типами радиальных профилей скорости выяснено, что дифференциальный годограф головной продольной волны с точностью 1-г% может быть описан лучевым приближением. Этим для импульсного АК установлена справедливость утверждения геометрической акустики, что Ъ~Ь/д2 определяется обратной величиной скорости в точке поворота луча. Наблюдаемые отклонения

обьясняются волновын характером процессов. вследствие которых кинематика головной продольной волны, подчиняясь в делом лучевым представлениям, обусловлена усредненными свойствами слоя, радиальная толщина которого <^-\//2 • а его расстояние от стенки скважины связано с точкой поворота луча. Этот слой может примыкать непосредственно к стенке скважины либо находиться в глубине массива, и его положение определяет кинематическую глубинность.

На основе полученных выражений для кинематической глубинности, она может достигать, вследствие рефракции продольных волн, 1-2 м при длине зонда 5-6 м.

В процессе изучения связи кинематики головной продольной волны с вертикальным профилем скорости в массиве были сначала рассмотрены результаты, относящиеся к моделям, в которых массив состоит из вмещающей породы, содержащей тонкий пласт, толщина которого значительно меньше длины продольной волны в нем. Для таких моделей протяженность аномалии не зависит от толщины пласта и может быть оценена из лучевых соображений следующим образом: тонкий пласт влияет на.определяемый по первому вступлению дифференциальный годограф в тех точках по глубине, в которые расходящаяся по жидкости волна от тонкого пласта приходит не позже, чем спустя полпериода после прихода волны от вмешаюшей породы, оценка протяженности аномалии от тонкого пласта

у- 2 л[ГГУ< У, гту/ 0 Со$сС у \2CoIZj Со$оС

где Т - видимый период в пакете продольной волны;

сС -первый критический угол для границы вмешаюшая порода-жидкость;

- скорость в жидкости;

Г -радиус скважины (расстояние между прибором и стенкой скважины).

Величина У с хорошей точностью совпадает с расстоянием между двумя минимумами, окаймляющими максимум аномалии.

Установлено, что с увеличением толщины пласта амплитуда аномалии растет, достигая величины, характеризующей пласт, при толщине пласта у- У . Это минимальная толщина пласта, в которой можно измерить скорость. В то же время для разрешения пачки пластов во

внешаюшей породе нежду ними должно быть расстояние не ненее У Величина У определяется, в основном, видимой частотой в пакет продольной волны, а также радиусом скважины (расстоянием межд: прибором и стенкой скважины). Практически она может принимать зна чения от 0. 1 м ( { =25 кГц) до 0.4 н ( f =5 кГц). Влияние за■ зора между прибором и стенкой скважины наиболее заметно в обласп высоких частот! где им обусловлена примерно половина величины У (при зазоре 0.05 м).

Выяснено, что аномалия дЪ/д}* от пласта произвольной тол-шины может быть аппроксимирована суммой аномалий от составлявши: его элементарных тонких пластов. На основе этого Факта была выдвинута и экспериментально подтверждена более обшая гипотеза, чтс дифференциальный годограф для вертикально-неоднородной среды ест! сумма аномалий от всех элементарных тонких пластов, составляют) разрез. Тогда выражается сверткой обратной величию

скорости с нормированной аномалией от тонкого пласта ¡■о©

I

-ОС

При моделировании неровностей стенки скважины выяснено, чтс уступообразное расширение (сужение) скважины дает положительна (отрицательную) аномалию диФФ. годографа, подобную вызываемой тон-кин пластом, и имеющим ту же характерную длину. У . В общем случае аномалия, обусловленная неровностью стенки скважины, приближенно равна аддитивной сумме аномалий от элементарных уступов, аппроксимирующих вертикальный профиль стенки скважины, и выражается сверткой

+ оо

йж ) V/ дг

-ОО

Установлено, что вертикальная неоднородность нассива и неровность стенки скважины дают практически взаимно-независимые вклады в дифференциальный годограф. :

Форма аномалии от тонкого пласта или уступа приближенно выражается функцией типа Б1п(х)/х. которая в нормированном виде, завися-

шеи от параметра

У .

-13-

имеет следующий вид

о* ьт-г-ы

Тогда для вертикально-неоднородного массива и неровностей стенки скважины дифференциальный годограф может быть описан сверткой

+ оо

Ш-7)

У?

дН

Интервальное время, регистрируемое акустическим зондон. получается при осреднении в скользящем интервале, равном базе зонда $ . и выражается Формулой

2+И/2

э£ ъг

2-ал

Используя приведенную выше аппроксимацию дифференциального годографа. интервальное время можно записать в виде свертки

+ оо

-ОО

ад

ЛИ 1 ' ЪГ(2-1

где-

выражается через интегральный синус:

ш(4<ны

КК2

На основе этой зависимости разрешение акустического зонда оценивается величиной . Наиболее типичные значения У , соответствующие частотам 10-25 кГц. лежат в пределах 0. 1-0. 2 м. Та-кин образом, традиционный размер базы 0. 4-0. 5 м значительно ухудшает разрешение прибора по сравнению с теоретически достижиным.

Четвертая глава посвяшена вопросам использования головной про-

дольной волны при изучении разрезов скважин.

На основе решений прямых задач ак методом конечных элемента разработана методика решения обратной задачи определения радиального профиля скорости по данный многоэлементных зондов. Пуст! акустический зонд имеет N приенников. расположенных на расстояниях I- 1, ... N от источника. Обозначим

Т£ , I - 19 ... N соответствующие времена пробега головной продольной волны. Введем величины P¿ = (7¿.н-Ti)/(Li+rЦ), 1=1,.-N'1 в соответствии с которыми в прискважинной зоне выделяются N-1 значений скоростей \/£=1/Р£. Для их радиальных координат получена Формула „ .

к—1

1=1

Здесь Г0 -радиус скважины. Значение скорости на стенке скважины берется равным В результате получается ряд точек, воспро-

изводящих радиальный скоростной профиль прискважинной зоны.

Получена опенка расстояния между соседними приемниками, обеспечивающего шаг! по радиусу не более ^Г .

Эта методика была опробована на результатах решения НКЭ прямых задач. Использовалось три типа моделей, различавшихся характером изненения скорости в прискважинной зоне. Установлено, что погрешность определения скорости, в основном, не превышает г-зх. исключение составляют модели с высоким градиентом скорости ( более 1 м"'). При этой наблюдается эффект сглаживания истинного профиля скорости. Исследовано влияние размера промежутков между приемниками на точность определения профиля скорости. Выяснено, что для многоэлементного зонда может быть рекомендован диапазон расстояний между источником и приемниками от 0. 5 и до б м с промежутками между соседними приемниками 0. 1-0.2 м на коротких разносах зонда 0. 5-1 м и 0. 4-0. С м на длинных разносах.

Были выполнены исследования по эффективности применения компенсированных зондов при неровностях стенки скважины в вертикаль-нонеоднородном разрезе, разработан способ АК. использующий встречную схему измерений, при которой пара приемников работает с верхним и нижним источниками. Компенсированное интервальное время по-

учается при сложении А I . регистрируемых верхним и нижнин зонами системы, взятых с переменным сдвигом, локальное значение ко-орого определяется по текущей скорости в массиве и показаниям ка-¡ерномера.

Опробование этого способа показало, что для моделей с кавер-[ами. глубина которых достигала ЗОХ от радиуса скважины, амплитуда яомалий дифференциального годографа уменьшалась в 5-10 раз, так [то при базе зонда 0. 2 м и более амплитуда аномалии ¿Л, составля-[а 2-ЗХ от невозмушенного значения. Для моделей, содержавших шаст и каверны, получались кривые лt . практически совпадавшие с живыми для моделей аналогичной пластовой структуры, но без каверн, "аким образом, предложенный способ АК позволяет получать качест-¡енную информацию при неровностях стенки скважины.

ювышения эффективности АК при геофизических исследованиях в сква-синах, сводятся к следующему:

1.Посредством математического моделирования нетодом конечных шементов (МКЭ) установлено, что при импульсном АК связь дифферен-[иального годографа первых вступлений головной продольной волны :дгпв) с радиальным профилем скорости в прискважинной зоне и дли-юй зонда с хорошей точностью выражается аналитической зависимостью, основанной на лучевом приближении геометрической акустики. 1гпв определяется обратной величиной скорости (медленностью) в :очке поворота луча.

2. Выяснено, что аномалии ДГПВ, вызванные тонким пластом или шболыпим уступом, имеют сходную Форму, близкую к Форме Функции пша э1п(х)/х. Их характерная длина зависит от соотношения скоростей продольной волны во вмешаюшей породе и скважинной жидкости Ур • радиуса скважины Г и видимого периода в пакете продоль-гсй волны Т и выражается Формулой

■•де оС - критический угол.

3.В случае вертикально-неоднородного массива ДГПВ приближен-ю равен сумме аноналий от элементарных пластов, слагающих разрез.

Основные результаты диссертационной работы, касающиеся

Аномалия ДГПВ, обусловленная неровностью стенки скважины, является суммой аномалий от элементарных уступов, аппроксимирующих вертикальный профиль стенки скважины. Вертикальная неоднородность массива и неровности стенки скважины дают взаимно-независимые аддитивные вклады в ДГПВ.

4. Получены Формулы, аппроксимирующие ДГПВ и А^ при вертикально-неоднородном массиве и неровностях стенки скважины. Они являются выражениями типа свертки, зависящими от вертикальных профилей стенки скважины и скорости в массиве, а также видимого периода в пакете головной продольной волны.

5. Установлено, что минимальная толщина пласта, в котором может быть определена скорость по ДГПВ. равна ^"¿Г • Величина X является оценкой минимального расстояния между пластами, при котором они разрешимы. Разрешение акустического зонда с базой £ по интервальному времени оценивается величиной .

6. Разработана методика решения обратной кинематической задачи определения профиля скорости в радиально-неоднородной прискважинной зоне по головным продольным волнан при импульсном АК. Математическим моделированием показана ее применимость, выработаны требования к Формуле зонда.

7. Предложен способ АК, позволяющий исключить влияние неровности стенки скважины на измеряемое интервальное вреня головной продольной волны, основанный на использовании компенсированного зонда в комплексе с каверномером. На математических моделях обоснована его эффективность.

По теме диссертации опубликованы следующие работы: 1. Базин В. В. , Пивоварова Н. Е. .Юматов А. Ю. Применение метода конечных элементов для расчета волновых картин в задачах акустического каротажа. Депонир. в ВИНИТИ. К 116-65. Деп. от 3.01.65 г.

г. Базин В. В. . Белоконь Д. В. , Юматов А. Ю. Способ акустического каротажа.-Авт. свид. СССР N 1173370. Бюл. изобр. Ы 30. 1965.

3. Базин В. В.. Белоконь Д. В.. Юматов А. Ю. Оценка влияния скважинных условий на интервальное время, измеряемое многоэлементными акустическими зондами.-Прикладная геофизика, М. . 1966, Н 116. 5 с.

4. Базин В. В. . Белоконь Д. В. . Юматов А. Ю. К использованию акустических зондов с короткой базой. -Геофизическая аппаратура, Л., Недра. 1966. И 88.

5. Базин В. В. . Юматов А. Ю. К влиянию радиальной неоднородности прискважинной зоны ца результаты АК. -Тезисы докладов областной научно-практической конференции "Разработка аппаратуры для проныс-лово-геоФизичесюг и геолого-технологических исследований на нефтегазовых месторождениях Западной Сибири. "Тюмень. 16-19 марта 1987г.

6. Базин В. В. К влиянию радиальной неоднородности прискважинной зоны на интервальное время, измеряемое при акустическом каротаже. -И.. Изв. вузов, сер. "Геология и разведка". Н 7, 19в9. с. 71-75.

7. Базин В. В. Некоторые вопросы применения ультразвуковых методов для геофизических исследований в скважинах (акустический каротаж). Доклад на 1 сессии Российского акустического общества. -Н.. Акустический ин-т им. Н. Н. Андреева. 1993.