ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Обзор ультразвуковых петрофизических исследований из "Экспериментальные исследования (Сейсмоакустика пористых и трещиноватых геологических сред) Том 2 " Одним из важных преимуществ петрофизических исследований является возможность многократного повтора измерений при сохранении идентичных условий возбуждения и приема ультразвуковых волн, при условии изменения одного или нескольких факторов, что позволяет получить достаточно достоверные результаты, позволяющие оценивать зависимости упругих свойств пород от ряда факторов. В результате выполнения многочисленных лабораторных исследований, полное перечисление которых здесь невозможно, бьши получены экспериментальные зависимости для поротрещиноватых пород осадочной толщи и фундамента. Обобщенные сведения об этих зависимостях кратко изложены ниже, в основном по публикациям [1-7]. [c.23] Наиболее важными упругими параметрами породы являются скорости распространения в ней упругих деформаций сжатия-растяжения (Гр) и сдвига (Гз), а также затухания амплитуд этих деформаций (ОрЯ as) при их удалении от источника упругого воздействия на среду. Диапазон изменения абсолютных значений этих параметров достаточно широк. Например, скорость продольных волн в горных породах меняется от 0,2-0,4 км/с в неконсолидированных осадках (песок, лес, выветренный слой) до 8,5 км/с в ультраосновных интрузивных породах [1, 4]. Аналогично меняются значения скорости поперечных волн, которые соотносятся со скоростью продольных волн как Vs = к-Ур, где к 0,35-ь0,5 соответствует неконсолидированным осадкам, а А а 0,5- 0,7 - породам осадочной толщи и фундамента. [c.23] Широкий диапазон изменения скорости обусловлен ее зависимостью от целого ряда факторов. К ним в первую очередь следует отнести пористость, далее -минеральный состав и размер зерен минералов, степень метаморфизма и состав цемента, насыщенность жидкостью или газом, давление и температура, направление распространения волн - вдоль напластования (сланцеватости) или поперек и т.п. [c.23] Рассмотрим общий характер этих зависимостей. [c.23] Безусловно, существует большое количество теоретически и экспериментально полученных уравнений, которые более точно отражают влияние пористости на скорость (с учетом различных факторов), чем в уравнении 2.1, но характер этого влияния принципиально не меняется. [c.23] Существуют некоторые различия влияния пористости для пород фундамента и осадочной толщи. Эти различия заключаются в следующем. [c.23] Породы осадочной толщи имеют более высокую пористость, которая обусловлена главным образом структурой и диагенезом пород и в меньшей степени их трещиноватостью. Например, трещинная пористость в общем объеме пор составляет менее 1%. Поэтому факторы, влияющие на уплотнение осадочных пород, т.е. на снижение пористости, являются доминирующими при изменении скорости. В пес-чано-глинистых и карбонатных образованиях минимальные значения скорости соответствуют высокопористым осадкам (с и = 30-ь50%) и слаболитофицированным породам п = 10 30%). При пористости 1-2% скорости в осадочных породах становятся близкими к скоростям в магматических и метаморфических породах кислого состава (порядка 5-6 км/с). [c.24] Уменьшение пористости осадочных пород обусловлено несколькими факторами и в первую очередь увеличением сжимающих усилий при погружении горных пород. Существует несколько экспериментально полученных зависимостей увеличения скорости в однотипных породах с глубиной [2]. При малых значениях (до 1 кБар) давление сильно влияет на скорость при этом пористость породы сильно уменьшается и восстанавливается прочный контакт с зернами минералов. При давлении выше 1 кБар рост скорости замедляется и асимптотически приближается к предельному значению, которое соответствует породообразующей компоненте. Однако это значение при увеличении глубины никогда не достигается при дальнейшем увеличении давления в силу того, что невозможно полностью уменьшить (до 0%) пористость только путем приложения давления [5]. [c.24] В качестве примера представлены обобщенные зависимости между скоростью, глубиной и возрастом для песчаных пород и глинистых сланцев по экспериментальным данным, полученным более чем в 500 скважин в Канаде и США (Faust [8]) и представленные на графиках (рис. 2.1). Средние значения скорости в песчаных породах примерно на 0,1 км/с выше, чем в глинистых сланцах. Для известняков явной корреляционной связи между скоростью, возрастом и глубиной не было получено, но отмечено существенное влияние степени кристаллизации на скорость [9]. [c.24] При насыщении пород жидкостью или газом отмечается различный характер изменения скорости продольных и поперечных волн. Так, для кристаллических пород фундамента при их насыщении жидкостью отношение Рр / Уа увеличивается от 1,5н-1,9 до 1,6-г2,2. Для осадочных пород при насыщении жидкостью характерно увеличение скорости продольных волн (в некоторых случаях более чем на 100%) и, зачастую, уменьшение скорости поперечных волн [4], хотя в ряде случаев наблюдается повышение на 10-20%. [c.25] Процесс изменения затухания упругих волн в горных породах в зависимости от их насыщения изучен недостаточно. Экспериментальными исследованиями установлено, что в песчаниках ар увеличивается при переходах типа насыщения вода— нефть— газ , а ад при том же переходе уменьшается, что обусловлено вяз-ко-инерционным и термическим механизмами поглощения упругой энергии [3,5]. [c.25] Влияние горного давления на изменение скорости распространения в геосреде упругих волн и на их затухание рассмотрено выще (см. 2.1.1), где показано, что это изменение указанных параметров связано, в основном, с изменением нагрузки с глубиной залегания и с различным геологическим временем нагружения (см. пример рис. 2.1). При уменьшении пористости скорости Р- и 8-волн возрастают, а затзосание ар и аз уменьшается [4], что особенно заметно на первьгх этапах нагружения. [c.26] По результатам выполненных измерений на относительно изотропных образцах с различными направлениями трещиноватости была получена следующая закономерность изменения упругих свойств пород вдоль направления открытых трещин отмечается увеличение скорости и уменьшение затухания, а поперек -уменьшение скорости и увеличение затухания [1, 4, 13]. При этом на начальном этапе неравномерного нагружения градиент изменения упругих параметров более высокий, а далее (при ст более 0,1 ГПа) заметно уменьшается. На этапе предразру-шения наблюдаются скачки градиента на фоне общего изменения. Такой характер изменения упругих параметров пород связан с резким перераспределением напряжений внутри образца [12, 13]. [c.27] Влияние внутрипорового давления флюида противоположно действию внешнего всестороннего давления. Повышение порового давления приводит к уменьшению эффективного давления, соответствующего разнице внешнего и внутрипорового давления, что приводит, в свою очередь, к уменьшению скорости и возрастанию затухания. При этом изменение внутрипорового и/или внешнего давлений приводит к перераспределению основных (доминирующих) направлений трещиноватости, что, в свою очередь, определяет изменение направлений распространения волн с максимальной и минимальной скоростями. [c.27] Увеличение эффективного давления снижает влияние температуры на изменение скорости в образцах, имеющих различное флюидонасыщение. Это обусловлено тем обстоятельством, что две основные термобарические составляющие внешнее давление и температура влияют на изменение упругих свойств пород с разным знаком. Например, увеличение температуры уменьшает скорость, а увеличение внешнего давления, как правило, повышает скорость в образце. Однако в естественных термобарических условиях, соответствующих реальному залеганию образцов, когда с глубиной растут эффективное давление и температура, скорость упругих волн, как правило, выше, чем при атмосферных условиях. [c.27] Из вышеуказанного следует, что эффективное давление оказывает более существенное влияние на скорость, чем температура. Главной причиной такого различия во влиянии является уменьшение пористости с глубиной в результате увеличения горного давления. Как указывалось выше, снижение пористости приводит, в свою очередь, к снижению влияния температуры на уменьшение скорости и при общем росте температуры с глубиной отмечается незначительное снижение влияния давления (за счет температуры). [c.28] Вернуться к основной статье