ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Ультразвуковое лазерное сканирование горных пород из "Экспериментальные исследования (Сейсмоакустика пористых и трещиноватых геологических сред) Том 2 " Петрографическое изучение упругих параметров по образцам керна невозможно для многих скважин по той простой причине, что отсутствует керн. Это связано с двумя основными обстоятельствами. Во-первых, большинство скважин бурится без отбора керна, так как с отбором керна значительно удорожается бурение скважин. Во-вторых, не всегда представляется возможность извлечения керна из интервалов бурения, например, при относительно высокой открытой трещиноватости пород и в связи с разрушением керна при его подъеме на поверхность, особенно с больших глубин. Последняя проблема остро проявляется при бурении сверхглубоких скважин. [c.28] Установка работает следующим образом импульсный лазер 2 излучает световой импульс, который линзой 4 фокусируется на образец 5 в пятно диаметром 0,5 мм. Обратная сторона образца 5 контактирует с приемником ультразвуковых колебаний 6. Электрический сигнал с приемника ультразвуковых колебаний 6 поступает через усилитель 7 на регистрирующие устройства - запоминающий осциллограф 9 и на измеритель интервалов времени 8. Часть световой энергии (8%) от импульсного лазера 2 стеклянной пластинкой 3 отражается на фотоэлектронный умножитель (11), который подключен к высоковольтному стабилизированному источнику постоянного тока 10. [c.29] Сигнал с ФЭУ поступает на регистрирующие устройства - запоминающий осциллограф 9 и измеритель интервалов времени 8, которые работают в ждущем режиме. Приемник ультразвуковых колебаний с образцом закреплены на двухкоординатном столике, и после возбуждения упругой волны в образце в данной точке и регистрации времени прохождения акустической волны через образец приемник с образцом передвигаются на определенный шаг по одной из координат для проведения измерений в другой точке. Таким образом, реализуется принцип сканирования. [c.29] Регистрирующие устройства - запоминающий осциллограф необходим для визуального наблюдения однократного акустического сигнала, прошедщего через образец, а измеритель интервалов времени является встроенным блоком частотомера с цифровой индикацией и регистрирует время прохождения упругих волн через образец, что позволяет снимать показания непосредственно по цифровому табло. Гелий-неоновый лазер 1, луч которого проходит соосно с лучом импульсного лазера 2, предназначен для визуализации точки возбуждения упругих волн на образце горной породы. [c.30] Поскольку метод основан на бесконтактном возбуждении ультразвукового импульса в образце, то упрощается технология подготовки образца и увеличивается экспрессность проведения точечных измерений скорости упругих волн. [c.30] По результатам исследования годографов упругих волн в первых вступлениях сигнала при толщине эталонного материала 1-5 мм установлено, что они линейны и волны ударного типа отсутствуют. Первые вступления годографов характеризуют продольные волны. [c.30] На основании изучения ультразвуковых сигналов, возбуждаемых микровзрывом, выявлено, что спектр сигнала щирокополосный, причем максимальные значения частот превышают 10 МГц. [c.30] Высокие (более 10 МГц) частоты ультразвука обеспечивают достоверность измерений скорости на базе 2-4 мм, то есть по микропробам пород, а также позволяют реализовать принцип сканирования на макрообразцах, в результате чего повышается статистическая достоверность результатов измерений и появляется возможность получать принципиально новую информацию об акустической неоднородности образцов горных пород. [c.30] При применении УЛС длины упругих волн составляют порядка 1 мм, поэтому можно получать независимые измерения на расстоянии между точками с шагом 2-3 мм. Плотность независимых измерений может составить до 25 физических точек наблюдений на 1 см при толщине образца 2-3 мм. При соответствующей обработке образца объемом 1 см плотность наблюдений может достигать 100 и более точек, что позволяет использовать полученные данные для выявления физических зависимостей между параметрами лазерного сканирования, например, между пористостью, трещиноватостью и скоростью продольных волн. Зная толщину образца и время прохождения упрзтой волны через него, можно определить скорость продольной волны в заданной точке (объеме) образца. [c.30] Возможность точечного возбуждения упругих волн позволяет реализовать принцип сканирования, суть которого заключается в последовательном возбуждении упругих колебаний в точках по заранее намеченной сетке на образце горной породы. Образцы для исследования по методу УЛС представляют плоские шлифованные пластины толщиной 2-10 мм, вырезанные из керна параллельно или перпендикулярно оси скважины. [c.30] По результатам исследований, проведенных на эталонных образцах (латунь, дюраль), установлено, что ошибки в определении скорости продольных волн не превышают 3%. [c.31] Исследования керна по методу УЛС показывают, что скорость продольных волн микрообразца меняется на 20-25%, что значительно превышает ошибки измерений. Отсюда следует, что даже микрообразцы можно дифференцировать по скорости и таким образом получать принципиально новую информацию об акустической неоднородности горной породы, которая может быть использована при решении ряда важных задач оперативного петрофизического обеспечения геологической интерпретации результатов наземных и скважинных геоакустических наблюдений. [c.31] Методика обработки результатов УЛС сводится к расчету по точкам сканирования и построению статистических распределений и карт Ур по каждому из образцов. В качестве примера рассмотрим результаты сканирования образца, выпиленного из керна доломита силурийского возраста (Тимано-Печорская нефтеносная провинция) [17]. Точки исследования расположены в узлах прямоугольной сетки размером 40x45 мм с шагом 5 мм, всего изучено 90 точек. Образец имеет форму диска толщиной 8 мм. Измеренные значения скоростей Ур представлены на вариационном графике (рис. 2.3). [c.31] Среднее арифметическое из всех 90 значений скоростей составляет Ур= 6,33 км/с. Однако расчеты показали, что если проводить наблюдения по традиционной методике изучения образцов, т.е. с помощью больших излучателей и приемников, покрывающих почти весь образец, например, на сейсмоскопе, то получим иное значение скорости. Объясняется это тем, что за счет различного запаздывания на отмеченных неоднородностях образца регистрируемый сигнал растягивается во времени, а фронт волны размывается, что приводит к потере четкости первого вступления. Это хорошо видно на рис. 2.4, где кривая 1 представляет собой исходный сигнал, посылаемый в среду излучателем, а 2 - сигнал на приемнике, который является суммой всех элементарных сигналов, прошедших через данный образец с соответствующими временами запаздывания. [c.32] На рис. 2.4 исходный сигнал совмещен со временем прихода t p, дающего значение Уср- Четко видно, что суммарный сигнал, воспринятый большим приемником, всегда приходит раньше Уср и дает завышенные значения скорости. Различие в скоростях в данном случае составляет около 4%. Спектральный анализ рассмотренных сигналов показал, что спектр суммарного импульса значительно уже спектра исходного сигнала за счет резкого ослабления высокочастотных составляющих. [c.32] Результаты ультразвукового сканирования представлены в виде карты распределения Ур на образце (рис. 2.5), где повышенные и пониженные Ур образуют локальные зоны, поперечник которых составляет 1-3 см. Несмотря на общий пятнистый характер распределения скоростей, можно выделить области более устойчивого их поведения. Например, участок низких скоростей с Ур до 5,4 км/с в нижнем правом углу карты и четко выраженную зону высоких Ур 6,56 км/с в левой ее части. Последующие работы показали, что вариации скорости в значительной мере обусловлены изменением пористой среды. [c.32] По микропробам (пластинам керна из СГ-3) способом УЛС было исследовано более 120 образцов. Сканирование осуществлялось с шагом 3 мм, в результате на каждой пластине получали около 100 физических точек для расчета скорости Fp. Таким образом, выполнено около двенадцати тысяч замеров Vp. По каждому образцу вычисляли среднюю скорость и строили гистограммы распределения скоростей. Анализ гистограмм скоростей позволил выделить три типа распределений широкодиапазонное, среднедиапазонное и узкодиапазонное распределения. В первом случае диапазон изменения скорости по одному образцу находится в пределах 4 км/с, во втором случае - в пределах 2-2,5 км/с, в третьем случае - в пределах 1 км/с (рис. 2.6). [c.33] По гистограммам распределения скоростей в образцах керна из скважины СГ-3, измеренным на установке для проведения УЛС, было отобрано несколько образцов, имеющих первые два типа распределения диапазона скоростей продольных волн. Гистограммы распределения скоростей представлены на рис. 2.7. Там же нанесены данные о средней скорости по УЛС, по массовым измерениям скоростей на полноразмерном керне, скорость по акустическому каротажу, и распределение скоростей по результатам массовых замеров скорости продольных волн в породах данной литологической разности в различных интервалах глубин по разрезу скважины. [c.34] Вернуться к основной статье