• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Фізичні основи акустичних методів

Лекція 4

Контрольні питання

1. Які процеси відбуваються при взаємодії гамма-квантів з речовиною?

2. Поясніть, що таке фотоефект?

3. Поясніть, що таке комптон-ефект?

4. Поясніть, що таке утворення електронно-позитронних пар?

5. Сформулюйте фізичну суть методу ГГК-Г

6. Задачі, що вирішуються за допомогою ГГК-Г.

7. Сформулюйте фізичну суть методу ГГК-С.

8. Задачі, що вирішуються за допомогою ГГК-С.

9. Метрологічне забезпечення апаратури ГГК.

Фізичні основи, методика підготовки та проведення вимірів акустичним каротажем. Метрологічне забезпечення апаратури акустичного каротажу

Акустичні методи дослідження розрізів свердловин базуються на вивченні розповсюдження пружних хвиль в середовищі.

Акустичний каротаж включає наступні модифікації: акустичний каротаж за швидкістю розповсюдження пружних хвиль; акустичний каротаж за затуханням пружних хвиль; широкосмуговий акустичний каротаж та інші.

Пружні хвилі, що використовуються у промисловій геофізиці для проведення акустичних методів, поділяються на три групи:

- інфразвукові хвилі з частотами менше 16 Гц;

- звукові – з діапазоном частот від 16 до 2·10⁴ Гц;

- ультразвукові – з частотами більше 2·10⁴ Гц.

Переважно використовують акустичні прилади у частотному діапазоні 25–28 кГц.

Гірські породи в природному заляганні практично є пружними тілами. Якщо на елементарний об’єм породи діє деяка сила, то за рахунок деформації відбувається зміна розмірів і форми. Після припинення дії сили виникає відновлення початкової геометрії об’єкту.

Розглянемо середовище, в обмеженій області якої протягом деякого короткого часу діє зовнішня сила. У результаті чого, в цій області середовища виникає деформація і буде спостерігатися переміщення частинок середовища. Останнє приведе до виникнення напружень у шарі, який оточує область збудження; в даному шарі також виникнуть деформації об’єму (розтягування, стиснення) і деформації форми (зсуву), що змінюються в часі.

Від даного шару напруження і деформації передадуться в наступний шар і т.д. У результаті від точки прикладання сили, що збуджує, у всіх напрямках будуть поширюватися зміни (деформації) початкового стану середовища. Після того, як частка середовища зробить коливання, вона заспокоюється.

Процес послідовного поширення деформації називається пружною хвилею.

Поверхня, яка відокремлює в певний момент часу область середовища, у якій хвиля вже викликала коливання частинок, від тієї області, де збудження ще не спостерігаються, називається переднім фронтом (або фронтом) хвилі. Лінію, вздовж якої відбувається поширення хвилі та в кожній своїй точці утворює прямий кут із фронтом хвилі, називають променем хвилі.

В однорідному середовищі фронт хвилі, який утворений точковим випромінювачем, буде представляти сферичну поверхню; у неоднорідному середовищі фронт хвилі буде представлений поверхнею складної форми.

У залежності від виду деформації в породі виникають різні типи пружних хвиль. Найбільш інформативними, при вивченні пружних властивостей гірських порід, є наступні хвилі: поздовжня (P-хвилі), поперечна (S-хвилі), Лемба (L-хвилі) та вторинного походження. Основними хвилями, які використовуються в промисловій геофізиці, є поздовжні та поперечні хвилі.

Поздовжня хвиля викликає тільки деформації об’єму. Поширення поздовжньої хвилі представляє переміщення зон розширення та стиснення; частинки середовища здійснюють коливання навколо свого початкового положення в напрямку, який збігається з напрямком поширення хвилі (Рис. 4.1, а). Поперечна хвиля пов’язана з деформаціями форми; поширення її зводиться до ковзання шарів середовища одного відносно іншого; частинки середовища роблять коливання навколо свого початкового положення і в напрямку, який перпендикулярний напрямку поширення хвилі (Рис.4.1, б). Поперечні хвилі можуть існувати тільки у твердих тілах.

Для пружної хвилі характерна швидкість її розповсюдження, що спостерігається за рухом променя. Величина швидкості залежить від пружних властивостей середовища та типу хвилі.

Велика стрілка вказує напрямок руху хвилі.

Рисунок 4.1 – Схема зсуву частинок середовища при поширенні поздовжніх (а) і поперечних (б) хвиль

Основні параметри, що характеризують пружні властивості середовища

Модуль поздовжнього розтягу Е (модуль Юнга). Модуль поздовжнього розтягу дорівнює відношенню напруження p до відносного подовження d l, таким чином, маємо:

, (4.1)

де p=F/s – напруження (F – прикладена сила, s – поперечний переріз тіла).

Коефіцієнт поперечного стиснення (коефіцієнт Пуассона) n. Коефіцієнт поперечного стиснення є коефіцієнтом пропорційності між відносним поперечним стисненням d l_c даного пружного тіла та його відносним подовженням d l:

. (4.2)

Розрізняють два типи параметрів, які характеризують пружні хвилі, – кінематичні та динамічні.

Кінематичні параметри. Швидкість поширення пружних хвиль у гірській породі визначається Е, n та густиною d_п. Так, швидкість поширення поздовжньої хвилі становить:

. (4.3)

Швидкість поширення поперечної хвилі становить:

. (4.4)

Для гірських порід величина Е змінюється в межах 0.15·10^-4– 0.6·10^-5 МПа, коефіцієнт ν близький до 0.25.

Після підстановки у формули (4.3) і (4.4) середніх значень пружних констант для гірських порід одержимо співвідношення V_P/V_S=1.73. Отже, подовжня хвиля розповсюджується приблизно в 1.73 рази швидше від поперечної.

Пружні властивості гірських порід і швидкості розповсюдження пружних хвиль у них обумовлені їх мінеральним складом, пористістю та формою порового простору і, таким чином, тісно пов’язані з літологічними та петрофізичними властивостями. В таблиці 4.1 наведено швидкості розповсюдження пружних хвиль у деяких середовищах.

Швидкість хвиль Лемба V_L визначаються за допомогою виразу, який включає швидкість гідро-хвиль V₀, що розповсюджуються в свердловинній рідині з густиною d₀, і швидкість поперечних хвиль V_S у навколишньому середовищі з густиною d_п:

. (4.5)

Величину часу пробігу пружної хвилі у породі на відстані один метр прийнято називати інтервальним часом проходження хвилі DT, одиниця вимірювання – секунда на метр (с/м) або мікросекунда на метр (мкс/м):

. (4.6)

Читайте також:

1. A) правові і процесуальні основи судово-медичної експертизи
2. H) інноваційний менеджмент – це сукупність організаційно-економічних методів управління всіма стадіями інноваційного процесу.
3. R – розрахунковий опір грунту основи, це такий тиск, при якому глибина зон пластичних деформацій (t) рівна 1/4b.
4. А/. Фізичні особи як суб’єкти цивільного права.
5. Активне управління інвестиційним портфелем - теоретичні основи.
6. АЛЬТЕРНАТИВНІ ПІДХОДИ ДО ВИДІЛЕННЯ МЕТОДІВ УПРАВЛІННЯ
7. АНАЛІЗ ПЕРСПЕКТИВНИХ НАПРЯМІВ|направлень| РОЗВИТКУ МЕТОДІВ РОЗПІЗНАВАННЯ
8. АНАЛІЗ ПЕРСПЕКТИВНИХ НАПРЯМІВ|направлень| РОЗВИТКУ МЕТОДІВ РОЗПІЗНАВАННЯ
9. Анатомо-фізіологічні основи статевого розвитку.
10. Біологічні основи мислительної діяльності.
11. Біомеханічні основи шинування при пародонтозі.
12. Біохімічні основи розвитку витривалості

Переглядів: 1325