Комплексный оптико-акустический каротаж приконтурного массива. Оборудование и физическое моделирование

Одним из направлений совершенствования скважинных геофизических методов изучения строения и состояния породного массива является совместное проведение оптических и акустических исследований с последующей комплексной обработкой их результатов. Для уточнения параметров акустических измерений в статье приводятся результаты прозвучивания поперечными волнами изотропных и слоистых пород, а также образцов, содержащих трещину. Показано, что наибольшее затухание амплитуды поперечной волны происходит при совпадении направлений смещения частиц и плоскостей напластований (плоскостей трещин), что может быть использовано для определения наклона трещины при реализации скважинных ультразвуковых исследований. Для проверки концепции комплексирования ультразвуковых и оптических измерений были изготовлены специализированный каротажный комплекс, а также физическая модель измерительной скважины. Центральной частью каротажного комплекса является зонд, позволяющий производить бесконтактную оптическую оценку особенностей строения стенки скважины, а также регистрировать параметры продольных и поперечных волн с управляемым вектором поляризации в ультразвуковом диапазоне частот. Эксперименты на модели показали эффективность работы комплекса. При этом повышение надежности метода достигается качественным совпадением результатов акустических и оптических измерений, а высокая производительность контроля – за счет возможности проведения ультразвуковых измерений только в зонах, в которых аномалии выявлены по результатам оптических измерений.

Ключевые слова: каротаж, горные породы, ультразвук, оптические методы, комплексирование, трещиноватость, контроль, поперечные волны.
Как процитировать:

Николенко П. В., Зайцев М. Г. Комплексный оптико-акустический каротаж приконтурного массива. Оборудование и физическое моделирование // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2023. – № 1. – С. 95–106. DOI: 10.25018/ 0236_1493_2023_1_0_95.

Благодарности:

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 21-77-00046).

Номер: 1
Год: 2023
Номера страниц: 95-106
ISBN: 0236-1493
UDK: 622.02:539.2
DOI: 10.25018/0236_1493_2023_1_0_95
Дата поступления: 07.11.2022
Дата получения рецензии: 05.12.2022
Дата вынесения редколлегией решения о публикации: 10.12.2022
Информация об авторах:

Николенко Петр Владимирович1 — канд. техн. наук, доцент, e-mail: p.nikolenko@misis.ru, ORCID ID: 0000-0002-5126-6576,
Зайцев Михаил Геннадьевич1 — аспирант, e-mail: michailzaytsev1997@gmail.com, ORCID ID: 0000-0001-9015-9346,
1 НИТУ «МИСиС».

 

Контактное лицо:

Николенко П.В., e-mail: p.nikolenko@misis.ru.

Список литературы:

1. Жуков А. А., Пригара А. М., Царев Р. И., Шусткина И. Ю. Способ шахтной сейсморазведки для изучения особенностей геологического строения ВКМС // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2019. — № 4. — С. 121—136. DOI: 10.25018/02361493-2019-04-0-121-136.

2. Мусалев Д. Н., Прохоров Н. Н., Клабук А. М. Опыт георадиолокационных исследований при научно-техническом сопровождении горных работ на Старобинском месторождении калийных солей // Горный журнал. — 2018. — № 8. — С. 42—47. DOI: 10.17580/gzh.2018.08.05.

3. Баженова Е. А. Выделение тектонически нарушенных зон в пределах рудного месторождения по комплексу геофизических методов // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 5. — С. 67—83. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_5_0_67.

4. Дорохин К. А. Опыт применения скважинных сейсмоакустических исследований для оценки фактического состояния массива горных пород с использованием 2D и 3D-построений // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2019. — № 5. — С. 80—88. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-05-0-80-88.

5. Kobayashi R. Studies on crack distribution and sonic velocity change in rocks // Journal of the Japan Institute of Metals. 1974, vol. 90, no. 1031, pp. 21—26. DOI: 10.2473/shigentosozai1953.90.1031_21.

6. Shkuratnik V. L., Bochkareva T. N. Theory of electroacoustic path during the interhole sonic testing of rocks surrounding. A worked space // Journal of Mining Science. 1996, vol. 32, no. 6, pp. 476—482. DOI: 10.1007/BF02046110.

7. Rasolofosaon P. N. J., Rabbel W., Siegesmund S., Vollbrecht A. Characterization of crack distribution: Fabric analysis versus ultrasonic inversion // Geophysical Journal International. 2002, vol. 141, no. 2. pp. 413—424. DOI: 10.1046/j.1365-246x.2000.00093.x.

8. Li T., Wang Z., Gu Y. J., Wang R., Wang Y. Experimental study of fracture structure effects on acoustic logging data using a synthetic borehole model // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2019, vol. 183, article 106433. DOI: 10.1016/j.petrol.2019.106433.

9. Li T., Wang Z., Yu N., Wang R., Wang Y. Numerical study of pore structure effects on acoustic logging data in the borehole environment // Fractals. 2020, vol. 28, no. 3, article 2050049. DOI: 10.1142/S0218348X20500498.

10. Liu Y., Li Y., Qiao L., Fan D. Dry coupled ultrasonic testing technology and its application in testing rock dynamic and static parameters // Meitan Xuebao/Journal of the China Coal Society. 2019, vol. 44, no. 5, pp. 1465—1472. DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2019.6019.

11. Liu Y., Qiao L., Li Y., Ma G., Golosov A. M. Ultrasonic spectrum analysis of granite damage evolution based on dry-coupled ultrasonic monitoring technology // Advances in Civil Engineering. 2020, vol. 2020, article 8881800. DOI: 10.1155/2020/8881800.

12. Lorentzen M., Bredesen K., Mosegaard K., Nielsen L. Estimation of shear sonic logs in the heterogeneous and fractured Lower Cretaceous of the Danish North Sea using supervised learning // Geophysical Prospecting. 2022, vol. 70, no. 8, pp. 1410—1431. DOI: 10.1111/1365-2478.13252.

13. Gubaidullin A. A., Boldyreva O. Y., Dudko D. N. Velocity and attenuation of linear waves in porous media saturated with gas and its hydrate // Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. 2022, vol. 63, no. 4, pp. 599—605. DOI: 10.1134/S002189442204006X.

14. Cai M., Li M., Zhu X., Luo H., Zhang Q. Comprehensive evaluation of rock mechanical properties and in-situ stress in tight sandstone oil reservoirs // Frontiers in Earth Science. 2022, vol. 10, article 911504. DOI: 10.3389/feart.2022.911504.

15. Lebedev A. V. A way to simplify calculations in acoustic logging // Geophysics. 2021, vol. 86, no. 5, pp. 1—22. DOI: 10.1190/geo2020-0893.1.

16. Кормнов А. А., Николенко П. В. Структурная диагностика пород кровли горной выработки с использованием ультразвукового шумового корреляционного каротажа // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2016. — № 8. — С. 265—271.

17. Schuster K., Amann F., Yong S., Bossart P., Connolly P. High-resolution mini-seismic methods applied in the Mont Terri rock laboratory (Switzerland) // Swiss Journal of Geosciences. 2017, vol. 110, no. 1, pp. 213—231. DOI: 10.1007/978-3-319-70458-6_11.

18. Winkler K. W., D'Angelo R. Ultrasonic borehole velocity imaging // Geophysics. 2006, vol. 71, no. 3, pp. F25—F30. DOI: 10.1190/1.2194532.

19. Yuan R., Han D., Tang Y., Wei H., Mo T., Wang C. Fracture characterization in oil-based mud boreholes using image logs: example form tight sandstones of Lower Cretaceous Bashijiqike Formation of KS5 well area, Kuqa Depression, Tarim Basin, China // Arabian Journal of Geosciences. 2021, vol. 14, no. 6, article 435. DOI: 10.1007/s12517-021-06750-y.

20. Lei T., Zeroug S., Bose S., Prioul R., Donald A. Inversion of high-resolution high-quality sonic compressional and shear logs for unconventional reservoirs // Petrophysics. 2019, vol. 60, no. 6, pp. 697—711. DOI: 10.30632/PJV60N6-2019a1.

21. Еникеев В. Н., Ташбулатов В. Д., Гайфуллин М. Я., Гуман О. М. Применение скважинных акустических методов для решения задач разработки месторождений твердых полезных ископаемых // Каротажник. — 2011. — № 5 (203). — С. 224—237.

22. Williams J., Carole D. Acoustic and optical borehole-wall imaging for fractured-rock aquifer studies // Journal of Applied Geophysics. 2004, vol. 55, no. 1—2, pp. 151—159. DOI: 10.1016/j.jappgeo.2003.06.009.

23. Sait I., Joerg M. Fracture connectivity from fracture intersections in borehole image logs // Computers & Geosciences. 2003, vol. 29, no. 2, pp. 143—153. DOI: 10.1016/S0098-3004(02)00113-9.

24. Скворцов В. Ю., Скобелев А. В. Глубинная телевизионная видеосистема «аргоцифра» на каротажном кабеле // Каротажник. — 2012. — № 1 (211). — С. 110—116.

25. Yuanming J. Infrared radiation with deformation of bolt and rock // International symposium on photoelectronic detection and imaging 2009: advances in infrared imaging and applications. 2009, vol. 7383. DOI: 10.1117/12.830941.

26. Weixing W., Fengping W., Xiaojun H., Junfang S. Rock fracture image acquisition using two kinds of lighting and fusion on a wavelet transform // Bulletin of Engineering Geology and the Environment. 2016, vol. 75, no. 1, pp. 311—324. DOI: 10.1007/s10064-015-0747-4.

27. Николенко П. В., Зайцев М. Г. Оценка шероховатости поверхности и идентификация типа горных пород ультразвуковыми и оптическими методами // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 3. — С. 5—15. DOI: 10.25018/0236_1493_ 2022_3_0_5.

28. Николенко П. В., Зайцев М. Г., Чепур М. Д. Метод и оборудование для экспрессконтроля трещиноватости приконтурного массива пород на основе оптических измерений в скважинах // Горный журнал. — 2022. — № 3. — С. 8—12. DOI: 10.17580/gzh.2022. 03.02.

Наши партнеры

Подписка на рассылку

Раз в месяц Вы будете получать информацию о новом номере журнала, новых книгах издательства, а также о конференциях, форумах и других профессиональных мероприятиях.