# data[].attributes.headline
Акустический каротаж

# data[].attributes.subject
Акустический каротаж

# data[].attributes.body
Акустический каротаж - метод геофизических исследований в скважинах, основанный на изучении акустических свойств (скоростей распространения и затухания упругих волн) горных пород, пересечённых скважиной.

Используется при поисках и разведке месторождений, контроле технического состояния скважин, интерпретации данных сейсмической разведки, а также при решении инженерных геологических задач. Первые образцы аппаратуры акустического каротажа выполнены в 1950-х гг. в CCCP и США; промышленное применение начато с 1960. При акустическом каротаже используют звуковой (0,5-15 кГц) и ультразвуковой (20-50 кГц, 0,3-2,0 МГц) диапазоны частот. Акустический каротаж проводят с помощью глубинного датчика, связанного каротажным кабелем с наземными измерительными и регистрирующими приборами. Основные элементы глубинного прибора - излучатели и приёмники упругих волн, а также акустические изоляторы, предотвращающие распространение упругих волн по корпусу глубинного прибора. Излучателями служат магнитострикционные преобразователи, изменяющие радиус металлическими (пермендюр, никель) цилиндра под действием переменного магнитного поля, или пьезоэлектрические преобразователи из титаната бария, цирконата свинца, создающие колебания в результате воздействия переменного электрического поля. Приёмники - пьезоэлектрические элементы, преобразующие механическую энергию упругих волн в электрические импульсы.

При проведении акустического каротажа электрические импульсы поступают из блока синхронизации и управления в излучатели, где преобразуются в импульсы упругих колебаний длительностью 5-10 мс; преобладающая энергия этих импульсов сосредоточена в полосе частот 10-15 кГц. Измеряют времена пробега основных типов волн и коэффициент затухания. По результатам измерений строят геоакустические модели разрезов скважин для интерпретации данных сейсморазведки, проводят оценку пористости продуктивных пластов, определяют упругие модули горных пород (модули Юнга, сдвига, объёмного расширения), выявляют зоны повышенной трещиноватости и кавернозности. Совместное использование данных акустического, электрического и радиоактивного каротажа позволяет осуществлять литологическое расчленение разрезов, выявлять коллекторы нефти, газа, определять коэффициент насыщения, контролировать разработку месторождений нефти и газа.

Акустический каротаж (регистрация кинематических и динамических параметров продольных и поперечных волн и их относительных параметров) относится к основным методам, проводится в открытом стволе во всех поисковых скважинах, перед спуском каждой технической или эксплуатационной колонны, по всему разрезу, исключая кондуктор.

При наличии в разрезе газонасыщенных пластов акустический каротаж рекомендуется проводить в интервалах каждого стандартного каротажа, т.е. в условиях, когда зоны проникновения еще не достигают критических для АК значений.

Метод АК обеспечивает высокое вертикальное расчленение разреза (выделяются контрастные по кинематическим и по динамическим параметрам прослои 0,4-0,6 м).

На показания АК практически не влияют диаметр скважины, наличие и свойства глинистой корки, тип и характеристики промывочной жидкости, свойства вмещающих пород, температура в интервалах замеров, что переводит АК в разряд эффективных методов с минимальным числом поправок при определении пористости.

# data[].attributes.attachment_link.title
Акустический_каротаж

# data[].attributes.headline
Распространение упругих волн в горных породах

# data[].attributes.subject
Распространение упругих волн в горных породах

# data[].attributes.body
Упругие волны - волны, распространяющиеся в жидких, твёрдых и газообразных средах за счёт действия упругих сил. При распространении таких волн в среде перемещаются малые упругие колебания. Источником упругой волны является удар, взрыв или вибрация. ¹

Многообразие и резкое отличие физических свойств горных пород (изверженных, осадочных, метаморфизованных и т. д.) требует разработки разнообразных методов их теоретического и экспериментального изучения. Так, для описания закономерностей распространения волн в высокоупругих и малопоглощающих звук изверженных (скальных) породах могут использоваться с достаточным приближением методы динамической теории упругости (для идеально упругих сред) и механики сплошной среды. В то же время, для описания процессов распространения волн в коллекторах, насыщенных нефтью, газом и водой необходимо применение методов термодинамики необратимых процессов и механики деформируемых пористых сред.
Сложность теоретического и экспериментального изучений акустических свойств горных пород в лабораторных условиях заключается в необходимости моделирования не только фильтрационно-емкостных и физико-механических свойств пород, но и создания термодинамических условий (давления и температуры), близких к пластовым. В России и за рубежом параллельно развиваются три направления исследований акустических параметров горных пород:
1. Теоретическое исследование закономерностей распространения акустических полей в насыщенных пористых (неограниченных) средах методами механики сплошной среды и термодинамики необратимых процессов и расчет акустических параметров горных пород некоторых типов, исходя из упрощенных моделей гетерогенной среды.
2. Экспериментальные ультразвуковые исследования образцов горных пород на лабораторных установках при давлениях и температурах, близких к пластовым.
3. Экспериментальное изучение акустических параметров горных пород в скважинах в контролируемых условиях, т. е. путем натурного моделирования.
В результате теоретических и экспериментальных исследований удалось изучить основные черты явлений, управляющих распространением упругих волн в горных породах, а также установить количество между основными акустическими параметрами и структурными особенностями пород, их физико-механическими свойствами, характером насыщения и термодинамическими условиями залегания.
Скорости упругих волн зависят от многих факторов: литолого-минералогического состава породы, объема и структуры порового пространства, типа цемента, степени цементации и характера распределения глинистого материала, насыщенности различными флюидами, термобарических условий.
Из перечисленных факторов наиболее изучены влияние пористости, глинистости и типа цементации.
Скорости продольной и поперечной волн значительно отличаются между собой. В формуле для скорости продольной волны под корнем находятся две составляющие (сумма модуля сжатия и жесткости, деленной на плотность), а в формуле для скорости поперечной волны содержится только одна компонента упругости — жесткость. Это значит, что для количественной характеристики изменения объема (следовательно, и формы) для продольной волны требуется учет, как глинистости, так и модуля всестороннего сжатия, а для поперечной волны — учет только жесткости.
1) Поперечные волны (P).
Приложение некоторого напряжения к единице объема горной породы вызывает деформацию, которая изменяет только форму, без изменения объема, так как сопротивление материалу выражается только соответствующим модулем упругости — жесткостью, которая (в единственном числе) препятствует изменению формы. Отсюда видно различие между величинами для твердого тела и для жидкости: твердые непористые тела препятствуют изменению формы, а жидкости — не препятствуют.
Таким образом, при приложении напряжения к единице объема горной породы изменяется форма, а объем остается неизменным.
При насыщении породы жидкостью увеличивается плотность единицы объема, а скорость поперечной волны снижается. Это так называемый плотностной эффект: чем выше насыщенность жидкостью, т. е. чем выше пористость, тем больше снижается скорость поперечной волны.
При наличии в породе рассеянного глинистого материала, не влияющего на жесткость (следовательно, и на форму), но уменьшающего эффективную пористость при одновременном увеличении плотности единицы объема, скорость поперечной волны еще больше уменьшается.
В передаче поперечной волны большую роль играет тип межзерновых контактов: деформация передается только через контакты зерен породы, поскольку давление вышележащих пород не допускает разрыва контактов между отдельными зернами. Другими словами, деформация концентрируется только на контактах между зернами, а поперечные волны передаются через контакты.

2) Продольные волны (S).
Так как жесткость зерен породы меньше модуля всестороннего сжатия, а модуль всестороннего сжатия воды составляет 1/5 модуля сжатия породы, то зерна последней внедряются в поровое пространство. Иначе говоря, при приложении напряжения зерна породы могут деформироваться только в направлении порового пространства, уменьшая объем последнего; это уменьшение зависит как от минералогического состава породы, частицы которой по разному поддаются изменению формы и объема, так и от типа насыщающего флюида.
Таким образом, в передаче продольной волны, кроме твердого материала породы, принимает участие и флюид.
Величина Vp(скорость поперечной волны) уменьшается:
– при увеличении плотности насыщающей породу жидкости;
– если тип цемента контактный, так как поры остаются свободными от цементирующего материала.
Величина Vs(скорость продольной волны) уменьшается:
– при увеличении плотности насыщающего флюида;
– при заполнении межзернового пространства, поскольку при этом увеличивается число контактов. ²

Источники:
1. Л. Ландау, Е.Лифшиц. Механика сплошных сред.Гидродинамика и теория упругости. — Москва, Ленинград: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1944. — 623 с.
2. Упругие волны в горных породах и влияние различных факторов на их скорости / Д. А. Абрамов, Р. Р. Юсупов, А. А. Вольф [и др.]. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2018. — № 44 (230). — С. 229-232. — URL: https://moluch.ru/archive/230/53447/ (дата обращения: 30.05.2023).

# data[].attributes.headline
Упругие свойства металлов

# data[].attributes.subject
Упругие свойства металлов

# data[].attributes.body
Упругость - способность металла восстанавливать форму и объем после прекращения действий внешних сил.
Эта величина характеризуется модулем упругости Е (МПа или кгс/мм²), который равен отношению напряжения а к вызванной им упругой деформации.
Деформация – это изменение формы и размеров тела, деформация может вызываться воздействием внешних сил, а также другими физико-механическими процессами, которые происходят в теле. К деформациям относятся такие явления, как сдвиг, сжатие, растяжение, изгиб и кручение.
Упругая деформация – это деформация, которая исчезает после снятия нагрузки. Упругая деформация не вызывает остаточных изменений в свойствах и структуре металла; под действием приложенной нагрузки происходит незначительное обратимое смещение атомов.

Механизм упругой деформации металлов состоит в обратимых смещениях атомов из положения равновесия в кристаллической решетке. Чем больше величина смещения каждого атома, тем больше упругая макродеформация всего образца. Величина этой упругой деформации металлов не может быть большой (относительное удлинение в упругой области обычно меньше одного процента), т. к. атомы кристаллической решетки способны упруго смещаться лишь на небольшую долю межатомного расстояния. Физический смысл модулей упругости как раз и состоит в том, что они характеризуют сопротивляемость металлов упругой деформации, т. е. смещению атомов из положений равновесия в решетке.

Поведение металлов при упругой деформации описывается законом Гука, который определяет прямую пропорциональность между напряжением и упругой деформацией.
Способность твердого тела упруго деформироваться при приложении к нему силы характеризуется модулем упругости.
Модуль E, определяемый при растяжении, называется модулем нормальной упругости, или модулем Юнга.
Модуль G – модуль сдвига (касательной упругости). К – модуль объемной упругости (Р – гидростатическое давление, χ –  уменьшение объема).  Модули упругости определяют жесткость материала, т. е. интенсивность увеличения напряжения по мере упругой деформации.
Методы определения упругих свойств: резонансный, импульсный.

Некоторые константы упругих свойств можно определить с помощью стандартных  статических испытаний. В частности, по результатам испытаний на растяжение оценивают Е, на кручение G. Чаще модули упругости измеряют с использованием специальных динамических методов, отличающихся более высокой точностью, а коэффициент Пуассона находят по результатам рентгеноструктурного анализа, определяя период решетки упруго-напряженного образца вдоль и поперек направления деформации.

Особенно хорошо разработаны динамические методы определения модуля сдвига G и модуля нормальной упругости Е. Все динамические методы базируются на том, что частота колебаний исследуемого образца (резонансные методы) или скорость звука в нем (импульсные методы) зависят от констант упругости.