17-,18- маъруза. Акустик усул (АК). Тўлқин турлари. Тоғ жинсларининг қайишқоқлик хусусиятлари. Тоғ жинсларида тўлқин тарқалиш тезлиги. Тезлик бўйича акустик усул (АК-С). Акустик усулнинг тўлқинларни сўнишини ўрганувчи усули (АК-З)

     Акустик усулларда ҳосил қилинадиган кучланишлар учун табиий шароитда ётган тоғ жинсларини қайишқоқ жисмлар қаторига қўшиш мумкин. Тоғ жинсларининг элементар хажмига ташқи куч таъсир қилса, тоғ жинси ўлчами ва шаклини ўзгартиради, куч таъсири олингандан сўнг тоғ жинси авалги ҳолига (шаклига) қайтади. Тоғ жинсларидаги шакл ўзгаришининг кетма-кет тарқалиши қайишқоқ тўлқин деб аталади. Тўлқинлар икки турли бўладилар: бўйлама (Р) (расм 17.1.а) ва кўндаланг (S) (расм 17.1.б)

 Расм 17.1

Бўйлама тўлқинлар муҳит хажмини ўзгариши (деформацияси) билан боғлиқдирлар. Бўйлама тўлқинларнинг тарқалиши сиқилиш ва узайиш зоналарини кўчиши бўлиб, муҳит заррачалари тўлқин тарқалаётган йўналишга мос равишда тебраниб турадилар (расм 17.1.а). Кўндаланг тўлқинлар шакл ўзгариши (деформацияси) билан боғлиқ бўлиб, муҳит заррачалари тўлқин тарқалиш йўналишга перпендикуляр йўналишда тебранадилар (расм 17.1.б).

Акустик усуллар учун қайишқоқ тўлқинларнинг тарқалиш тезлиги катта аҳамиятга эгадир. Тўлқин тарқалиш тезлиги V тўлқин турларига ва тоғ жинсларининг қайишқоқлик хусусиятларига боғлиқ бўлади.

Тоғ жинсларининг қайишқоқлик хусусиятлари: Е-Юнг модули, s-Пуассон коэффициенти.

Юнг модули Е жисмга қўйилган кучланиш  Р ни жисмнинг нисбий узайиши d _l га нисбатига айтилади, яъни:

Е=R¤d_l=F¤ Sd_l                                                        (17.1)

P-жисмга қўйилган кучланиш;

F-жисмга қўйилган куч;

S-жисмнинг кўндаланг кесими;

d_l -нисбий узайиш.

Пуассон коэффициенти s -нисбий кўндаланг қисқариш d_қ ни, нисбий узайиш d_l га нисбатига айтилади, яъни:

s =d_қ¤d_l                                                      (17.2)

Тоғ жинслари усун Е 0.15 дан то 6 Па гача ўзгаради, s эса тахминан 0.25 га тенг.

Бўйлама тўлқин тезлиги V_p=Ö(E·(1-s) ¤ (d_п(1+s)·(1-2·s))    (17.3)

Кўндаланг тўлқин тезлиги V_s=ÖE ¤ (2·d_п(1+s))                   (17.4)

Формулада d_п -тоғ жинсларининг зичлиги. Формулаларга қараганда d_п махражда ётипти, шунинг учун зичликни ўсиши тўлқин тезликларини камайтириши керак, лекин зичлик камайган билан Е нинг ўсиши катта бўлади, шунинг учун зичлик ўсишиши билан тезлик ҳам ўсади.Умуман тоғ жинсларининг зичлиги билан бўйлама тўлқинларнинг тезлиги ўртасида қуйидаги эмперик формулани қўллаш мумкин:

d_п  =  0,23 V_p ^0,25  (17.5)

Бўйлама тўлқинлар одатда кўндаланг тўлқинларга нисбатан тезликлари катта бўлади ва бу нисбат: V_p ¤ V_s»1.73 га тенг бўлади.

Тоғ жинсларининг қайишқоқлик хусусиятлари, демак буларда тарқаладиган тўлқин тезликлари, уларнинг минерал таркибига, ғоваклигига, ғоваклик турларига боғлиқ бўлади. Шундай қилиб тоғ жинсларида тўлқинларнинг тарқалиш тезлиги уларнинг литологияси ва петрофизик хусусиятларига боғлиқ экан. Қуйида келтирилган жадвал 17.1 да тоғ жинси ва моддаларда тўлқин тарқалиш тезлиги ва унга тескари қийматга эга бўлган тўлқин тарқалиш вақти,ҳамда тўлқин амплитудаларининг сўниш коэффиценти  a_ак келтирилган.Ушбу коэффицент хақида маърузамизнинг охирларида тўхталиб ўтамиз.

Жадвалдан кўрниб турибдики, чўкинди тоғ жинсларида тўлқин тарқалиш тезлиги 800 м ¤ с дан 7000 м ¤ с гача ўзгаради.

Энг кичкина тезликка бўш цементланган қумли-гилли тоғ жинслари эгадир, катта тезликка эса оҳактош ва доломитлар эгадирлар. Чўкинди тоғ жинсларида ўртача тўлқин тарқалиш тезлиги 2500-4000 м ¤ с ташкил қилади.

Умуман тоғ жинсларида тўлқинларнинг тарқалиш тезлиги қуйидаги омилларга боғлиқ бўлади: литологик-минерал таркиб; суюқлик ёки газ билан тўйинган ғоваклик; тўйинганлик миқдори; цементланганлик даражаси; текстура ва структура хусусияти; эффектив босим ва бошқалар.

Жадвал 17.1

Тоғ жинси ёки модда	Тўлқин тарқалиш тезлиги м ¤ с	Тўлқин тарқалиш вақти  мкс/м	Тўлқин амплитуда ларининг сўниш коэффициенти 1/м
Гил Мергел Қум Цементланмаган қумтошлар Зич қумтошлар Оҳактошлар Доломит Ангидрит, гипс Ош тузи Сув, бурғи қоришмаси Нефт Ҳаво Метан	1200-2500 2000-3500 800-1800 1500-2500 3000-6000 3000-7100 5000-7500 4500-6500 4500-5500 1500-1700 1300-1400 300-350 430	800-400 500-300 1250-550 660-400 330-170 330-140 200-130 220-150 220-180 660-600 770-710 330-280 2100	2.0-3.0 0.05-1.0 3.0 0.7-2.3 0.2-0.3 0.3-0.7 0.3-0.7 0.2-0.3 0.2-0.3

Тоғ жинсларининг акустик хусусиятларини ўрганиш учун қудуқларда қайишқоқ тўлқинларни ҳосил қилиш керак ва бу ҳосил бўлган тўлқинларни тоғ жинсларидан ўтишини кузатиш керак.

Акустик усулларни ўтказиш учун икки ва уч элементли зондлар ишлатилади.

Икки элементли зонд тўлқин тарқатувчи манбаъ ва ундан L-масофада жойлашган тўлқинларни қабул қилгичдан иборатдир. Одатда, икки элементли зондлар қудуқларда мустаҳкамловчи қувурлар ортидаги цемент сифатини аниқлашда қўлланилади.

Қудуқ кесимларини бўлаклаш, тоғ жинслари литологияси аниқлаш, коллекторларни ажратиш ва коллектор хусусиятларини аниқлаш учун уч элементли зондлар қўлланилади.

Уч элементли зондлар (расм 17.2.а) иккита тўлқин қабул қилгич П1 ва П2, улардан бироз масофа нарида жойлашган тўлқин таврқатувчи манбаъ И дан иборатдир. Иккита қабул қилгич П1,П2 ўрнида иккита манбаъ И1,И2 ва битта манбаъ И ўрнида қабул қилгич П бўлиши мумкин. Икки қабул қилгич П1, П2 орасидаги масофа DL -ўлчаш базаси ва манбаъ И ва П2 орасидаги масофа зонд узунлиги деб қабул қилинади. Уч элементли зондларнинг икки элементли зондлардан авзаллиги уларда бурғи қоришмасида тўлқинларнинг тарқалиши учун кетган вақт ўлчанаётган Dt=Т₂-Т₁ да ҳисобга олинади. Бунда Т₁ ва Т₂ тўлқинларнинг биринчи ва иккинчи қабул қилгичга келган вақтлари.

           

Расм 17.2

Ўлчаш базаси DL танлашда қатламларнинг қалинликлари h ни ҳисобга олиш лозимдир. Қанча база кичкина бўлса (расм 17.2.б) шунча кичкина қалинликдаги қатламларни ажратиш мумкин бўлади. Агарда ўлчаш базаси DL қатлам қалинлиги h дан кичкина бўлса,

DL < h қатлам қаршисида ёзилган тезлик қатламнинг ҳақиқий тўлқин тарқалиш тезлигига яқин бўлади. Лекин базани камайтириш ўлчаш аниқлигини камайтиради.

     Тўлқин тарқатувчи манба И сифатида магнитоцтриксион ўзгартгичлар ишлатилади.Магнитострикцион материалларга никел,коболт,пермендюр ва бошқа ферромагнит хусусиятли жисмлар киради.Тўлқин тарқатгич И нинг чўлғам билан ўралган ўзаги магнитострикцион материал никелдан иборатдир.Агарда чўлғамга ток импулсини юборсак унинг магнит майдони ўзакнинг катта-кичиклик ўлчовини ўзгартиради ва бу эса теварак атрофдаги мухитни шаклини ўзгартиришга олиб келади.Тоғ жинсларидаги шакл ўзгаришининг кетам-кет тарқалиши қайишқоқ тўлқинларни ҳосил қилади.

Қабул қилгич кристаллари П сифатида пьезо электрик хусусиятига эга  пластинка ёки цилиндр шаклида бўлган титанат-барий (В_а Т_i О₃) керамикаси ишлатилади.Пьеза хусусият деб, агарда кристалга электр майдони таъсир қилса, унинг шаклини ўзгартиришига, ёки, аксинча, кристалнинг шакли ўзгартирилса теварак атрофдаги электр майдонининг ўзгшаришига олиб келишига айтилади.

     Акустик усулларни ўтказишда СПАК-4М аппаратурасидан кенг фойдаланилади (расм 17.3). Бу аппаратура билан қудуқларда қуйидаги кўрсаткичлар ёзиб олинади: 1) биринчи тўлқин тақатувчи манбаъ И1 дан қабул қилгич П гача тўлқин тарқалиш вақти t₁; 

2) иккинчи тўлқин тарқатувчи манбаъ И2 дан қабул қилгич П гача тўлқин тарқалиш вақти t₂ 3) икки манбаъ орасида бўйлама тўлқинларнинг тарқалиш вақти Dt=t₂-t₁; 4) И1дан келган тўлқинлар амплитудаси А₁; 5) И2 келган тўлқинлар амплитудаси А₂; 6) амплитудалар нисбатининг логарифми-lg(А₁¤ А₂)

Расм 17.3

СПАК-4М аппаратурасида уч элементли И₂0.5И₁1.5П зонд қўлланилиб, ўлчаш базаси 0.5 м. ва зонд узунлиги 2 м. тенгдир.

Тўлқинлар магнитострикцион тарқатгичлар И1 ва И2 дан тарқалиб, улар Г1 ва Г2 импулс ток ҳосил қилувчи генераторлардан ток билан таъминланади. Генераторлар К-коммутатор орқали ишга тушади. И1 ва И2 дан тарқалган қайишқоқ тўлқинлар бурғи қоришмаси, тоғ жинсларидан ўтиб, тўлқин қабул қилгич П га келиб тушади ва унда У-кучайтиргич орқали кучайгач Ф-филтрга ўтади. Филтрдан кабел орқали юқорига, вақт пулти ВП га t1, t2, Dt ларни, амплитуда блоки АБ га А₁, А₂, lg(A₁¤ A₂) ларни ёзишга узатилади. Демак СПАК-4 аппаратураси акустик усулларнинг тезлик ва сўниш услубларини бир пайтнинг ўзида ёзиб олиш имконини беради.

Диаграммалар 1000-1200 м¤ соат тезликда ёзилади, бироқ айрим ҳолатларда бу тезлик 600-800 м¤ соат гача камайтирилади.

Тезлик бўйича акустик усул тоғ жинсларининг литологик таркиби ва коллекторларнинг ғоваклик коэффициенти Кп ни аниқлаш учун қўлланилади.

Литологик таркибини аниқлашда тоғ жинсларида тўлқинларнинг ҳарҳил тезликка эга эканликлари ҳисобга олинади.

Бўш цементланган қумтошларда қайишқоқ тўлқинларнинг тарқалиш тезлиги 1500-2500 м¤ с оралиқда бўлади. Мустаҳкам цементланган қумтошларда тезлик 3000-6000 м¤с гача ошиши мумкин.

Гилларда тўлқин тарқалиш тезлиги бўш цементланган қумтошлар каби 1200-2500 м¤с атрофида бўлади ва гилларнинг зичлиги ошган сари (чуқурлик ошган сари) уларда тезлик ортиб боради.

Оҳактошларда тезлик катта оралиқда, яъни 2300-6000 м¤с чегараларида ўзгаради. Таркибида гилларнинг бўлиши тезликни камайтиради.

Доломитларда тезлик анча мўътадил бўлиб, 5000-7500 м¤с ташкил этади.

Ош тузида ҳам тезлик кичкина оралиқда ўзгаради ва 4500-5500 м¤с ни ташкил этади.

Бу кўрсаткичлар орқали қудуқ кесимларида тоғ жинсларининг литологик таркибини аниқлаш яхши натижаларни беради.

Акустик усулнинг тезлик услуби АК-С коллекторларнинг ғоваклик коэффициенти Кп аниқлашда яхши натижаларни беради.

/оваклик коэффициенти Кп ва тоғ жинсларида тўлқин тарқалиш вақти Dt орасида қуйидагича боғлиқлик мавжуд:

Dt=KпDt_ж+(1-Kп)·Dt_M                                                  (17.5)

бу формуладан:

Kп=(Dt-Dt_M)¤(Dt_ж-Dt_M)                                                 (17.6)

Формулада Dt_ж ва Dt_м - қатлам ичидаги флюид ва қатламнинг минерал скелетидаги тўлқин тарқалиш вақти. Демак Кп ни аниқлаш учун Dt ни акустик усул диаграммаларидан оламиз, Dt_ж ни қийматини, акустик усулларнинг ўрганиш радиуси кичкина бўлганлиги туфайли, коллекторларнинг сингиш зонасини эгаллаган бурғи қоришмасининг филтратида тўлқинларнинг тарқалиш вақти 600-610 мкс¤м олиш мумкин ва Dt_M ни қийматини коллекторнинг литологик таркибига қараб: қумтошлар учун-164 мкс¤м, оҳактошлар учун- 155 мкс¤м, доломитлар учун-143 мкс¤м қабул қилиш мумкин. Шундай қилиб 17.6 формуладаги ҳамма кўрсаткичларни аниқлаб олишимиз мумкин.

Расм 17.3 да келтирилган СПАК-4 аппаратураси, юқорида кўрсатиб ўтганимиздек, АБ-амплитуда блокида А₁, А₂ ва lg(A₁¤A₂) кўрсаткичлар қайд этилади бу акустик усулнинг тўлқинларнинг сўнишини ўрганувчи услубнинг кўрсаткичларидир.

Акустик усулнинг сўниш бўйича услуби (АК-З).

Қайишқоқ тўлқинлар тоғ жинсларидан ўтаётганларида амплидалари камаяди ва улар секин аста сўнадилар. АК-З услубида тоғ жинсларининг тўлқинларни сўндириш хусусиятлари ўрганилади. Расм 17.3 да кўрсатилган И1 тўлқин тарқатгичдан тарқалган тўлқиннинг  П -қабул қилгичдаги амплитудасини А₁ ва И2 дан тарқалган тўлқиннинг амплитудасини А₂ деб белгиласак, булар орасидаги боғлиқлик қуйидаги формула орқали аниқланади:

A₂=A₁·е^-aакDL                                                       (17.7)

DL-зонднинг базаси, икки тарқатгич орасидаги масофа;

a_ак-тўлқинлар ютилишининг амплитуда коэффициенти ва у қуйидагича аниқланади:

a_ак=lg(A₁¤ A₂) ¤ DL                                                        (17.8)

a_ак-ўлчов бирлиги 1¤м.

Тоғ жинслари бу кўрсаткич бўйича жуда катта оралиқда ўзгарадилар. Агарда тўлқин тарқалиш тезлиги бўйича тоғ жинслари бир-бирларидан 2-3 марта фарқ қилсалар, бу кўрсаткич эса 0.05 дан 2.5 1¤м оралиқда бўлиб, фарқ 50 мартани ташкил этади.

Тоғ жинсларининг тўлқинларни ютиш қобилияти уларнинг литологик таркиби билан боғлиқдир. Ютилишнинг амплитуда коэффициенти a_ак- тоғ жинсларининг гиллийлиги, қатламларнинг нима билан тўйинганлиги, уларни дарзлилиги ва коваклийлигига боғлиқдир. Ковакли ва дарзли коллекторларда a_ак ортиши кузатилади. Нефт ёки газга тўйинган, бўш цементланган, юқори ғовакли коллекторларда a_ак сувли коллекторларга нисбатан юқори бўлади. Хулоса қилиб айтганда a_ак нинг гиллийлик, дарзлийлик, ковакликлий билан боғлиқлиги ушбу кўрсаткич орқали коллекторларни ўрганиш имконини беради ва бошқа усулларда  аниқланиши қийин бўлган хусусиятларни аниқлаш имконини беради.

катта ўқитувчи Абдулла Набихоновнинг "Қудуқларни геофизик усулларда ўрганиш" қўлланмасидан