Выделение проницаемых, в том числе трещиноватых, пород по параметрам волны Стоунли

Это одна из наиболее новых задач, решаемых по материалам АК. Значимость её решения трудно переоценить в интервалах залегания тонко чередующихся, полиминеральных, заглинизированных, битуминозных и плотных, но трещиноватых пород, выделение коллекторов в которых связано с почти непреодолимыми трудностями.

Пионерные теоретические работы по применению волны Стоунли для выделения проницаемых пород появились в начале 80-х годов [88, 89, 120]; несколько позже возможность решения этой задачи была подтверждена скважинными исследованиями [2, 57]. В 90-х годах количество работ, посвященных возможностям волны Стоунли, увеличивается почти в геометрической прогрессии.

Как для всех новых задач, работы, посвящённые выделению проницаемых разностей пород по параметрам волны Стоунли, представляются чрезвычайно противоречивыми, если не учитывать время их появления. При этом уже в первых работах [39] правильно сформулирована физика процесса, лежащего в основе решения. На низких частотах упругих колебаний основной вклад в уменьшение фазовой (и групповой!, если рассматривать волну Стоунли как поверхностную, а не нормальную) скорости распространения и эффективного затухания волны вносит гидродинамический механизм. Он связан с фильтрацией жидкости из скважины в пустотное пространство породы (явление так называемого "акустического ветра", что математически описывается генерацией на границе продольных волн второго рода [38]) и с последующей вязкой диссипацией энергии за счёт трения жидкости о стенки поровых каналов. В породах с эластичной глинистой коркой, выполняющей роль мембраны, в движение приводится жидкость, уже находящаяся в поровом пространстве. Эти явления эквивалентны появлению на границе "скважинная жидкость-горная порода" дополнительной присоединённой массы. Их не следует смешивать с уменьшением v_st c ростом пористости, что обусловлено уменьшением модуля сдвига породы. Поэтому более поздние работы, посвящённые этой проблеме, рекомендуют использовать для оценки проницаемости разность рассчитанных и измеренных значений v_st. С увеличением частоты колебаний затухание волны Стоунли всё в большей степени определяется диссипацией энергии в скважинной жидкости. Для уменьшения влияния скважины (свойств промывочной жидкости и диаметра скважины) измерения выполняют на низких частотах, которые определяются разными авторами в диапазоне менее 1 кГц [39, 89] и, чаще всего, в диапазоне менее 1,5-2,5 кГц [9, 139]

В большинстве работ 80-х годов возможность решения обратной задачи - выделения проницаемых пород - увязывалась с затуханием волны Стоунли [2, 39, 98]. Очевидным объяснением этому служило отсутствие в то время технических и методических (программных) средств измерений скорости распространения волны Стоунли, вступающей в едином волновом пакете на фоне более высокоскоростных продольной и поперечной волн. Но уже в одной из первых цитируемых работ [57] указывается, что уменьшение v_st (увеличение Dt_st) является более стабильным параметром для решения задачи, чем затухание волны.

В последние годы преобладают работы, отдающие предпочтение v_st. В частности, предлагается выполнять оценку проницаемости пород, используя разность рассчитанных и измеренных значений скорости волны (или обратных значений Dt_st) с тем, чтобы учесть влияние межзерновой пористости, свойств скважинной жидкости и диаметра скважины [32, 85, 142, 144]. Дискутируется, что таким образом могут быть идентифицированы породы, проницаемость которых обусловлена трещиноватостью [98, 99, 127, 107 и др.]. В других работах отстаивается противоположное мнение, что изменение параметров волны Стоунли определяется только межзерновой пористостью [35, 102], в последних работах поддерживаются оба мнения. Так как разработка методики не завершена, в цитируемых работах значительное внимание уделяется подтверждению результатов выделения проницаемых пород данными исследований керна и испытаний выделенных интервалов [31, 32, 57, 85, 99, 120] либо материалами ядерно-магнитного каротажа, АК с дипольными зондами, акустических и электрических сканеров [99, 107, 122, 142], отражающих в той или иной мере те же геологические величины (пористость, трещиноватость и связанную с ними проницаемость).

До сих пор неясен минимальный предел проницаемости, при превышении которого породы идентифицируются по параметрам волны Стоунли как проницаемые. По результатам теоретических оценок он должен превышать 1 мД [38, 39], 10 мД [89], 100 и более [151]. В работе [2], описывающей результаты скважинных исследований, утверждается, что важен сам факт проницаемости, а не фактические значения проницаемости и пористости. Если исходить из результатов измерения дебитов нефтяных скважин (единицы и первые десятки м³ в сутки) и толщин работающих интервалов, проницаемость выделенных по параметрам волны Стоунли пород находится в пределах от нескольких десятых до десятков мД.

Сведения о влиянии глинистой корки на параметры волны Стоунли также противоречивы. В экспериментальной работе [65], в которой корка имитировалась слоем парафина, утверждается, что эффект влияния корки превышает влияние проницаемости, и в случае толстой корки увеличение затухания вызвано именно её присутствием. В работах, в которых приведены результаты обработки скважинных материалов, влияние корки не обнаружено [2, 149]. Последними отечественными теоретическими и сугубо производственными работами показано, что приращения Dt_st против проницаемых пород с межзерновой пористостью достигают 6-8% от их значений против непроницаемых пород [31, 32, 38]. Вполне естественно, что такие породы не могли быть разбурены и исследованы без образования глинистых корок. Затухание волны достигает при этом 3-4 раз, тем не менее вследствие больших погрешностей его измерения этот параметр является менее надёжным для выделения коллекторов.

Несколько отдельно стоят работы, в которых обсуждается возможность выделения трещин большого раскрытия, в том числе трещин гидроразрыва, по отражённым от них волнам Стоунли [71, 107, 144]. Реализация этого предложения может быть достигнута при обработке данных АК с использованием программных средств, применяемых в наземной сейсморазведке [55].