Bušotinska karotaža. Preddiplomski studij Naftnog rudarstva IV semestar

Transcript

1 Bušotinska karotaža Preddiplomski studij Naftnog rudarstva IV semestar Zvučna karotaža 1 1

2 Zvučna karotaža (eng. Sonic or Acoustic Log) mjeri se vrijeme prolaska elastičnog vala između odašiljača i prijemnika 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 Ako je poznata litologija, iz mjerenog vremena putovanja vala može se odrediti poroznost osnovna namjena zvučne karotaže Također: korelacija s površinskim seizmičkim podacima izračunavanje akustičnih impedancija (sintetski seizmogram) identificiranje zona povišenog tlaka i dr. 2 2

3 Elastični (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 V P = 4 κ + μ 3 ρ 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 V S = μ ρ 3 3

4 Zvučna karotaža princip 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: Δt = (t 2 - t 1 )/L [µs/m] gdje je L -razmak prijemnika, ik t 1 vrijeme nailaska na prvi prijemnik t 2 vrijeme nailaska na drugi prijemnik Osnovna sonda za zvučnu karotažu (Schlumberger, 1989) 4 4

5 Zvučna karotaža princip mjerenja Refleksija i refrakcija elastičnog vala na stijenki bušotine Snellov zakon: Reflektirani val Refraktirani val Refrakcija pod kritičnim kutem sin i sin r sin i sin 90 = r = i = V V m V f m V m sin i sin = V m V f R sin i = V V m f kritični kut (i) ovisi o omjeru brzina 5

6 Rasprostiranje seizmičkih valova u bušotini 7 6

7 Kritična udaljenost Dolazi do prijemnika prije vala koji se rasprostire kroz isplaku Odašiljač Prijemnik Glavni val (eng. Head wave) manja brzina i c V1 i c veća brzina V2 Kritična udaljenost najmanja udaljenost od odašiljača u kojoj refraktirani val dolazi do prijemnika prije direktnog vala 7

8 Zvučna karotaža osnovni princip je mjerenje vremena putovanja longitudinalnih (P) valova koriste se i sonde koje mogu mjeriti cijeli valni paket, osim P-valova još i transverzalne (S) valove i Stoneley-eve valove Ne registriraju se konvencionalnim uređajima. Vrijeme (μs) Tipični zapis nailaska elastičnih valova. 9 8

9 Zvučna karotaža princip mjerenja Odašiljač (T) piezoelektrični pretvara električni impuls u ultrazvučnu vibraciju (frekvencija je najčešće 20 khz, no koriste se između khz) Prijemnik (R) piezoelektrični pretvara promjenu tlaka u elektromagnetski signal Piezoelektrični materijali imaju svojstvo da prilikom promjene tlaka dolazi do odvajanja + i naboja tj. dolazi do polarizacije i induciranja el. napona kod piezoelektričnog odašiljača postupak je obrnut Osnovna sonda za zvučnu karotažu (Schlumberger, 1989) 10 9

10 Sonde 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, a ne samo B. Duž puta A i C val se rasprostire kroz isplaku (brzina je mala) a vrijeme putovanja ovisi o promjeru bušotine i položaju sonde. 2. Dio puta B, kroz stijenu, nije uvijek bio isti jer kut refrakcije ovisi o brzini valova u stijeni. Prvobitna sonda za zvučnu karotažu. uglavnom se više ne koristi 12 11

11 Sonde za zvučnu karotažu uvedena je sonda s dva prijemnika ik (Rx 1 ir Rx 2 ) na međusobnoj đ udaljenosti nekoliko stopa mjeri se intervalno vrijeme prolaska vala tj. vrijeme putovanja vala duž udaljenosti D vrijeme putovanja vala do Rx1 T Rx1 = A+B+C vrijeme putovanja vala do Rx2 T Rx2 = A+B+D+E intervalno vrijeme je: t = T Rx2 T Rx1 = A+B+D+E-(A+B+C) = D jer je C = E ako je sonda u osi bušotine Sonda za zvučnu karotažu s dva prijemnika. 12

12 Sonde za zvučnu karotažu problem se javlja kada sonda nije u osi bušotine, ili kada se promjer bušotine mijenja jer tada C E uvedena je kompenzirana zvučna karotaža (eng. Borehole Compensated Sonic BHC) Sonda s dva prijemnika u nepravilnom položaju. Kompenzirana zvučna karotaža

13 Sonde za zvučnu karotažu sastoji se od dva odašiljača (Tx 1, Tx 2 ) i četiri prijemnika (Rx 1 -Rx 4 ), raspoređenih u dvije grupe 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 položaja sonde u bušotini Kompenzirana zvučna karotaža. 14

14 Zvučna karotaža Usporedba konvencionalne zvučne č karotaže i kompenzirane zvučne č karotaže 16 15

15 Sonde za zvučnu karotažu pokazalo se da je u nekim uvjetima potreban veći razmak Tx Rx razvijena je sonda s velikim razmakom (eng. Long Spacing Sonic LSS) t2 t1 t4 t3 sastoji se od dva odašiljača udaljena 0,6 m (2 ft) i dva prijemnika isto udaljena 0,6 m razmak Tx Rx je 2,44 m (8 ft) dobivaju se dvije vrijednosti: - za udaljenost 8 i 10 ft (t 1, t 2 ) - za udaljenosti 10 i 12 ft (t 3, t 4 ) Δt = [ t t ) + ( t )]/ 4 ( t3 Sonda za zvučnu karotažu s velikim razmakom

16 Mjerne 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 Δt (μs/m) 6 Brzina: v ( m/s ) =

17 Vertikalna rezolucija Razmak udaljenost između prijemnika definira vertikalnu rezoluciju mjerenja h ~ razmak a Dijagrami zvučne karotaže snimljeni s razmakom 3 i 1-ft (Bassiouni, 1994) 19 18

18 Dubinski zahvat Dubinski zahvat relativno mali promjer, ali ovisi o valnoj duljini (λ) valna duljina ovisi o brzini rasprostiranja valova (v) i frekvenciji odašiljača (f), dubinski zahvat: D ~ 3 λ λ = v/f 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 ovisi i o proširenju kanala bušotine 20 19

19 Primjena zvučne karotaže 1. Određivanje poroznosti često se koristi za određivanje poroznosti, uz neutronsku karotažu (CNL) i karotažu gustoće (CDL) Wyllie-eva jednadžba - izražena pomoću brzine 1 ma V φ ( 1 φ) = + V f V - izražena pomoću vremena Δ t = φ Δ t f + ( 1 φ ) Δ t φ = Δt Δt Δtt Δt ma f t ma f ma Δt mjereno vrijeme prolaska vala Δt ma vrijeme prolaska vala kroz čvrsti dio stijene Δt f vrijeme prolaska vala kroz fluid u pornom prostoru Put vala kroz poroznu stijenu zasićenu fluidom

20 Primjena zvučne karotaže Δt ma i Δt f laboratorijski određene vrijednosti ili pretpostavljene vrijednosti Δt vrijednost očitana iz dijagrama dubinski zahvat zvučne karotaže je mali, pa se mjerenja odnose na ispranu zonu Δt f se odnosi na filtrat isplake Prolazna vremena i brzine za neke monomineralne stijene (matriks) Vrsta stijene Δt ma (μs/ft) V (ft/s) V (m/s) Pješčenjak 55,6 51, Vapnenac 47,6 43, Dolomit 43,5 38, Anhidrit Halit 66, Šejl

21 Primjena zvučne karotaže Δt ma - ima veliki utjecaj na izračunatu poroznost stijene u prirodi najčešće nisu monomineralne, nego se sastoje od više različitih minerala Δt ma 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 22

22 Primjena zvučne karotaže Wyllieva jednadžba u slabo kompaktnim pješčenjacima vrijeme prolaska vala (Δt) je najčešće veće i ovisno je o udjelu gline (općenito, ć Δt gline je veće ć od Δt ma pješčenjaka j ) Pri izračunavanju poroznosti potrebno je koristiti dodatnu korekciju: φ = Δt Δt ma 1 Δ t f Δt ma C p Cp = Δt sh 100 C p korekcijski faktor Δt sh vrijeme prolaska vala kroz susjedne slojeve šejla (µs/ft) 100 karakteristično vrijeme prolaska vala za kompaktni šejl (µs/ft) 25 23

23 Primjena zvučne karotaže Raymer-Huntova jednadžba 1 φ ( 1 φ) = + Δ t Δ t Δt f t ma empirijska jednadžba dobivena na temelju terenskih opažanja daje nešto veće vrijednosti za poroznosti između 5 i 25% Sekundarna poroznost 2 na vrijeme putovanja elestičnih valova utječe primarna intergranularna poroznost, a neutronska karotaža i karotaža gustoće daju ukupnu poroznost sekundarna poroznost se može izračunati prema: φ = ( φ, φ ) φ 2 N D S φ 2 sekundarna poroznost φ N, φ D poroznost određena iz neutronske karotaže, odnosno karotaže gustoće φ S poroznost određena iz zvučne karotaže 26 24

24 Primjena zvučne karotaže Utjecaj plina u pornom prostoru na izračunatu poroznost Plin mala gustoća smanjena ukupna gustoća smanjena brzina elastičnih valova, tj. povećano vrijeme prolaska elastičnog vala dobiva se veća ć poroznost od stvarne smanjenje brzine zbog plina (Rider, M., 1996) 27 25

25 smanjenje brzine zbog plina 28 26

26 Literatura 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