zvučna na karotažakarotaža - rgn.hrrgn.hr/~joresko/nids_joresko/drugi_dio/bk_zvucna...

27/04/201227/04/2012

11

Bušotinska karotaža

Preddiplomski studij Naftnog rudarstvaIV semestar

Zvučna Zvučna karotažakarotaža

1

27/04/201227/04/2012

22


• mjeri se vrijeme prolaska elastičnog vala između odašiljača i prijemnika

(eng. Sonic or Acoustic Log)

• elastični val se širi iz odašiljača najprije kroz fluid u bušotini (malom brzinom), a zatim kroz stijenu većom brzinom zbog veće gustoće

Brzina rasprostiranja vala kroz stijene ovisi o:• litologiji (mineralnom sastavu)• poroznosti• poroznosti

Ako je poznata litologija, iz mjerenog vremena putovanja vala može se odrediti poroznost → osnovna namjena zvučne karotažep j

Također:• korelacija s površinskim seizmičkim podacima

2

korelacija s površinskim seizmičkim podacima• izračunavanje akustičnih impedancija (sintetski seizmogram)• identificiranje zona povišenog tlaka i dr.

27/04/201227/04/2012

33

Elastični (seizmički) valoviElastični (seizmički) valovi

Longitudinalni ili P-valovi P – primarni jer se rasprostire brže od ostalih vrsta valova

• čestice sredstva kroz koje se val širi osciliraju u smjeru širenja vala

μκ34

+=V

Transverzalni ili S valovi

ρ=PV

Transverzalni ili S-valovi S – sekundarni jer se rasprostire sporije od P-vala

• čestice sredstva kroz koje se val širi osciliraju okomito na smjer širenja vala

ρμ

=SV

3

27/04/201227/04/2012

44

Zvučna Zvučna karotažakarotaža –– princip mjerenjaprincip mjerenja

Odašiljač (eng. Transmitter, T)- emitira zvučni val

Prijemnik (eng. Receiver, R)- registrira i snima elastične valove koji su se rasprostirali kroz formaciju

mjeri se vrijeme prvog nailaska tj. longitudinalnog vala

Intervalno vrijeme prolaska vala je razlika vremena nailaska P-vala između dva prijemnika:dva prijemnika:

Δt = (t2 - t1)/L [µs/m]

dj j L k ij ik

4

gdje je L - razmak prijemnika,t1 – vrijeme nailaska na prvi prijemnikt2 – vrijeme nailaska na drugi prijemnik

Osnovna sonda za zvučnu karotažu (Schlumberger, 1989)

27/04/201227/04/2012

55


Refleksija i refrakcija elastičnog vala na stijenki bušotine

Snellov zakon:Snellov zakon:

Reflektirani valmm Vr

Vi sinsin= r = i

Refrakcija pod kritičnim kutem

V=

Vi

fm

°90sinsin

VR=

Vi

fm

sinsinRefraktirani valf

m

VVi =sin kritični kut (i) ovisi o

omjeru brzina

27/04/201227/04/2012

66

Rasprostiranje seizmičkih valova u bušotiniRasprostiranje seizmičkih valova u bušotini

7

27/04/201227/04/2012

77

Kritična udaljenostKritična udaljenost

Dolazi do prijemnika prije vala Dolazi do prijemnika prije vala koji se rasprostire kroz koji se rasprostire kroz isplakuisplaku

OdašiljačOdašiljač PrijemnikPrijemnik

→ Glavni val (eng. Head wave)

V1V1j b ij b iiicc iiV1V1

V2V2

manja brzinamanja brzina

veća brzinaveća brzina

cc iicc

Kritična udaljenost Kritična udaljenost –– najmanja udaljenost od odašiljača u kojoj najmanja udaljenost od odašiljača u kojoj refraktiranirefraktirani val val dolazi do prijemnika prije direktnog valadolazi do prijemnika prije direktnog valadolazi do prijemnika prije direktnog vala dolazi do prijemnika prije direktnog vala

27/04/201227/04/2012

88


osnovni princip je mjerenje vremena putovanja longitudinalnih (P) valovakoriste se i sonde koje mogu mjeriti cijeli valni paket, osim P-valova još i

transverzalne (S) valove i Stoneley-eve valove( ) y

Ne registriraju se konvencionalnim uređajima.

9Tipični zapis nailaska elastičnih valova.

Vrijeme (μs)

27/04/201227/04/2012

99


Odašiljač (T)• piezoelektrični – pretvara električni impuls u ultrazvučnu vibraciju(frekvencija je najčešće 20 kHz, no koriste se između 15 – 30 kHz)

Prijemnik (R)je ( )• piezoelektrični – pretvara promjenu tlaka u elektromagnetski signal

Piezoelektrični materijali – imaju svojstvo da prilikom promjene tlaka dolazi do odvajanja + i – naboja tj.tlaka dolazi do odvajanja i naboja tj. dolazi do polarizacije i induciranja el. napona

→ kod piezoelektričnog odašiljača

10

Osnovna sonda za zvučnu karotažu (Schlumberger, 1989)→ kod piezoelektričnog odašiljača postupak je obrnut

27/04/201227/04/2012

1111

Sonde za zvučnu karotažuSonde za zvučnu karotažu

• prvobitna sonda sastojala se od jednog odašiljača (T) i jednog prijemnika (R)

Nedostaci sonde:

1. Mjereno je vrijeme duž puta A+B+C, a1. Mjereno je vrijeme duž puta A B C, a ne samo B. Duž puta A i C val se rasprostire kroz isplaku (brzina je mala) a vrijeme putovanja ovisi o promjeru b š ti i l ž j dbušotine i položaju sonde.

2. Dio puta B, kroz stijenu, nije uvijek bio isti jer kut refrakcije ovisi o brzini valova

Prvobitna sonda za zvučnu karotažu

j ju stijeni.

→ uglavnom se više ne koristi

12

Prvobitna sonda za zvučnu karotažu.

27/04/201227/04/2012

1212


d j d d ij ik (R i R ) đ b j d lj ti• uvedena je sonda s dva prijemnika (Rx1 i Rx2) na međusobnoj udaljenosti nekoliko stopa

• mjeri se intervalno vrijeme prolaska vala tj. j j p jvrijeme putovanja vala duž udaljenosti D

• vrijeme putovanja vala do Rx1• vrijeme putovanja vala do Rx1TRx1 = A+B+C

• vrijeme putovanja vala do Rx2TRx2 = A+B+D+E

• intervalno vrijeme je:∆t = TR 2 – TR 1∆t TRx2 TRx1

= A+B+D+E-(A+B+C) = D

j j C E k j d i b š tiSonda za zvučnu karotažu s dva prijemnika.

jer je C = E ako je sonda u osi bušotine

27/04/201227/04/2012

1313


bl j lj k d d ij i b š i ili k d j b š i• problem se javlja kada sonda nije u osi bušotine, ili kada se promjer bušotine mijenja jer tada C ≠ E

⇒ uvedena je kompenzirana zvučna karotaža j p(eng. Borehole Compensated Sonic – BHC)

14

Kompenzirana zvučna karotaža.Sonda s dva prijemnika u nepravilnom položaju.

27/04/201227/04/2012

1414


• sastoji se od dva odašiljača (Tx1, Tx2) i četiri prijemnika (Rx1 - Rx4), raspoređenih u dvije grupe

• mjeri se tako da jedna grupa mjeri nailazak valova iz jednog smjera a druga• mjeri se tako da jedna grupa mjeri nailazak valova iz jednog smjera, a druga grupa iz suprotnog smjera

• odašiljači naizmjenično emitiraju zvučni val u određenim vremenskim razmacima→ dobivaju se četiri para Tx – Rx vremena nailazaka

→ iz vrijednosti ∆t dobivenih iz suprotnih smjerova izračunava se srednja vrijednost

→ na taj način se kompenzira utjecaj→ na taj način se kompenzira utjecaj položaja sonde u bušotini

Kompenzirana zvučna karotaža.

27/04/201227/04/2012

1515


U db k i l č k t ž i k i č k t žUsporedba konvencionalne zvučne karotaže i kompenzirane zvučne karotaže

16

27/04/201227/04/2012

1616


ć• pokazalo se da je u nekim uvjetima potreban veći razmak Tx – Rx

→ razvijena je sonda s velikim razmakom (eng. Long Spacing Sonic – LSS)

• sastoji se od dva odašiljača udaljena 0,6 m (2 ft) i dva prijemnika isto

d lj 0 6

t2 t4

udaljena 0,6 m• razmak Tx – Rx je 2,44 m (8 ft)t1 t3

• dobivaju se dvije vrijednosti:- za udaljenost 8 i 10 ft (t1, t2)- za udaljenosti 10 i 12 ft (t3, t4)

[ ] 4/)()( 3412 ttttt −+−=Δ

17

Sonda za zvučnu karotažu s velikim razmakom.

27/04/201227/04/2012

1717

Mjerne jedinice i prikaz grafaMjerne jedinice i prikaz grafa

• dijagram zvučne karotaže prikazuje intervalno vrijeme prolaska vala (Δt)

• to je inverzna vrijednost brzine (v), a naziva se sporost (eng. Slowness)

• mjerna jedinica je mikrosekunda po metru (μs/m) ili mikrosekunda po stopi (μs/ft)(1 μs = 10-6 s)(1 μs 10 s)

( ) 6101m/sv =Brzina: ( )s/m)(μtΔ

Brzina:

18

27/04/201227/04/2012

1818

Vertikalna rezolucijaVertikalna rezolucija

Razmak• udaljenost između prijemnika

• definira vertikalnu rezoluciju mjerenja

→ h ~ razmak a a

19

Dijagrami zvučne karotaže snimljeni s razmakom 3 i 1-ft (Bassiouni, 1994)

27/04/201227/04/2012

1919

Dubinski zahvat Dubinski zahvat

D bi ki h tDubinski zahvat

• relativno mali promjer, ali ovisi o valnoj duljini (λ)

• valna duljina ovisi o brzini rasprostiranja valova (v) i frekvenciji odašiljača (f),

λ = v/f

• dubinski zahvat: D ~ 3 λ

• indirektno ovisi o udaljenosti odašiljača i prijemnika (T-R)

Kritična udaljenost T-R

• mora biti dovoljno mala da bi se mogao registrirati signal na prijemniku

• istovremeno, mora biti dovoljno velika da bi prvi nailazak bio P-val, a ne val koji se rasprostire kroz isplaku

20

koji se rasprostire kroz isplaku

• ovisi i o proširenju kanala bušotine

27/04/201227/04/2012

2020

Primjena zvučne Primjena zvučne karotažekarotaže

1. Određivanje poroznostičesto se koristi za određivanje poroznosti, uz neutronsku karotažu (CNL) i

karotažu gustoće (CDL)

Wyllie-eva jednadžba)( φφ −

+11

i ž ć b imaf VVV

)( φφ+=- izražena pomoću brzine

- izražena pomoću vremena f ttt Δ−+Δ=Δ )( φφ 1izražena pomoću vremena maf ttt Δ+ΔΔ )( φφ 1

ma

ttttΔ−ΔΔ−Δ

=φmaf tt ΔΔ

Δt – mjereno vrijeme prolaska valaΔt – vrijeme prolaska vala kroz čvrsti dio stijene

22Put vala kroz poroznu stijenu zasićenu fluidom.

Δtma vrijeme prolaska vala kroz čvrsti dio stijeneΔtf – vrijeme prolaska vala kroz fluid u pornom prostoru

27/04/201227/04/2012

2121


• dubinski zahvat zvučne karotaže je mali pa se mjerenja odnose na ispranu zonu

Δtma i Δtf – laboratorijski određene vrijednosti ili pretpostavljene vrijednosti

Δt – vrijednost očitana iz dijagrama

• dubinski zahvat zvučne karotaže je mali, pa se mjerenja odnose na ispranu zonu→ Δtf se odnosi na filtrat isplake

P l i b i k i l tij ( t ik )

Vrsta stijene Δtma (μs/ft) V (ft/s) V (m/s)

Pješčenjak 55,6 – 51,3 18 000 – 19 500 5 490 – 5 950

Prolazna vremena i brzine za neke monomineralne stijene (matriks)

Vapnenac 47,6 – 43,5 21 000 – 23 000 6 400 – 7 010

Dolomit 43,5 – 38,5 23 000 – 26 000 7 010 – 7 920

Anhidrit 50 20 000 6 096

Halit 66,7 15 000 4 572

Šejl 170 - 60 5 880 – 16 660 1 790 – 5 805

23

Šejl 170 60 5 880 16 660 1 790 5 805

27/04/201227/04/2012

2222


Δtma - ima veliki utjecaj na izračunatu poroznost

stijene u prirodi najčešće nisu monomineralne, nego se sastoje od više različitih minerala→ Δtma se može odrediti grafičkom metodom→ dobiti će se dobri rezultati ako je odnos razl. minerala konstantan

→ ako je odnos promjenjiv izračunata poroznost je nepouzdana

potrebno je koristi i druge karotažne dijagrame za određivanje poroznosti

• daje dobre rezultate u čistim i kompaktnim stijenama

• u slabo kompaktnim naslagama Wyllieva formula daje veće vrijednosti poroznosti od stvarnih pa je potrebno uvesti dodatnu korekciju

24

poroznosti od stvarnih, pa je potrebno uvesti dodatnu korekciju

27/04/201227/04/2012

2323


Wyllieva jednadžba u slabo kompaktnim pješčenjacima

• vrijeme prolaska vala (Δt) je najčešće veće i ovisno je o udjelu gline( ć it Δt j ć d Δt j šč j k )(općenito, Δt gline je veće od Δtma pješčenjaka )

Pri izračunavanju poroznosti potrebno je koristiti dodatnu korekciju:

ma

Ctttt 1

×⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

ΔΔΔ−Δ

=φpmaf Ctt ⎟

⎠⎜⎝ Δ−Δ

C korekcijski faktor

100shtCp Δ

=Cp – korekcijski faktorΔtsh – vrijeme prolaska vala kroz susjedne slojeve šejla (µs/ft)100 karakteristično vrijeme prolaska

25

100 – karakteristično vrijeme prolaska vala za kompaktni šejl (µs/ft)

27/04/201227/04/2012

2424


Raymer Huntova jednadžbaRaymer-Huntova jednadžba

ttt Δ−

+Δ

=Δ

211 )( φφ

maf ttt ΔΔΔ

• empirijska jednadžba dobivena na temelju terenskih opažanja

Sekundarna poroznost

p j• daje nešto veće vrijednosti za poroznosti između 5 i 25%

Sekundarna poroznost

na vrijeme putovanja elestičnih valova utječe primarna intergranularna poroznost, a neutronska karotaža i karotaža gustoće daju ukupnu poroznost⇒ sekundarna poroznost se može izračunati prema:

SDN φφφφ −= ),(2

26

φ2 – sekundarna poroznostφN, φD – poroznost određena iz neutronske karotaže, odnosno karotaže gustoćeφS – poroznost određena iz zvučne karotaže

27/04/201227/04/2012

2525


Utjecaj plina u pornom prostoru na izračunatu poroznost

Plin – mala gustoća → smanjena ukupna

gustoća → smanjena brzina elastičnih

valova, tj. povećano vrijeme prolaska

elastičnog vala

d bi ć t d t⇒ dobiva se veća poroznost od stvarne

smanjenje brzine zbog plina

27(Rider, M., 1996)

27/04/201227/04/2012

2626

smanjenje brzine zbog plina

28

27/04/201227/04/2012

2727

LiteraturaLiteratura

Bassiouni, Z. (1994): Theory, Measurement, and Interpretation of Well Logs. SPE Textbook Series Vol. 4.

Rider, M. (1996): The Geological Interpretation of Well Logs. Whittles Publishing, Caithness.

29

zvučna na karotažakarotaža - rgn.hrrgn.hr/~joresko/nids_joresko/drugi_dio/bk_zvucna...

Documents