Interpretazione di down-hole con metodo di inversione

Author(s):
S. S.. Failla - GEOWAVES

Industry:
Basic Materials - Steel/ Lumber/ Construction

Products:
LabVIEW, Data Acquisition

The Challenge:
Metodologia innovativa che si propone di avere come risultato la misura delle proprietà elastiche degli strati riscontrati e distinti durante la perforazione superando le limitazioni delle velocità intervallo.

The Solution:
Calcolo delle velocità di strato e confronto tra dati sperimentali e valori calcolati con metodo di inversione.

Breve riassunto
Le misure in foro di tipo down-hole sono utilizzate per misurare le caratteristiche elastiche degli strati riscontrati durante la perforazione.
Comunemente il metodo utilizzato consente di ottenere le velocità intervallo in funzione della profondità allo scopo di valutare il grado di disomogeneità degli strati riscontrati nella perforazione.
La nuova metodologia consente di superare tale limitazione calcolando le velocità degli strati individuati durante la perforazione e delimitati dal loro reale spessore.

Articolo
Tra le attività di uno studio di geofisica rientrano le misure in foro di tipo down-hole e il presupposto per la loro interpretazione è quello di individuare le caratteristiche
elastiche degli strati riscontrati durante la perforazione.
Comunemente viene utilizzato il seguente metodo:
I rilievi consistono nella misura dei tempi di percorso che le onde elastiche (P ed S), generate in un punto in superficie vicino alla bocca-foro (offset) impiegano per raggiungere uno o più geofoni posti nel foro a profondità diverse.
La misura dei tempi di percorso è effettuata mediante un'apparecchiatura di acquisizione di segnali sismici digitale, spostando il geofono nel foro tra una misura e l'altra di una quantità compresa di norma tra 1 m e 4 m.
Note le distanze ed i tempi sono quindi calcolati i tempi corretti, cioè i tempi di propagazione dell’onda elastica secondo l’asse del perforo, e sarà uguale a:
tc = t • z / ( d2 + z2 ) (0.5)
dove tc è il tempo corretto, t il tempo di ricezione del primo impulso, d è la distanza tra la sorgente e l’asse dl perforo e z la profondità del geofono.
A questo punto si calcolano le velocità medie o d'intervallo delle onde P e delle onde S, da:
vi = (z2 – z1) / (tc2 – tc1)
dove vi è la velocità intervallo, z1 e z2 la profondità di due posizioni successive del geofono e tc1 e tc2 i rispettivi tempi corretti.
I risultati, sia dei tempi corretti che delle velocità intervallo, sono quindi rappresentati sotto forma di diagrammi in funzione della profondità allo scopo di valutare il grado di disomogeneità degli strati riscontrati nella perforazione.
L'attrezzatura utilizzata è così composta:
• geofono da foro tridimensionale e bombola di aria compressa per la tenuta dello stesso alle diverse profondità;
• un sistema per generare onde P e onde S a cui è collegato uno starter per l'avvio della registrazione;
• un computer portatile con S.O. Windows XP;
• una scheda di acquisizione PCMCIA DAQ Serie 6024/E della N.I. a cui sono connessi i geofoni e lo starter;
• Software, sviluppato in LabVIEW per gestire l'acquisizione dei segnali (frequenza di campionamento, numero di punti di acquisizione, sensibilità );
• Software, in Visual Basic, per l'analisi dei segnali e l'interpretazione delle misure effettuate.
Un altro modo per interpretare le misure in foro di tipo down-hole è quello di porre in grafico i tempi corretti rispetto alle profondità, individuare le domocrone degli strati e calcolare le velocità dall’ inverso del coefficiente angolare delle stesse domocrone.
Entrambi i metodi non permettono di calcolare le caratteristiche elastiche di un singolo strato perché possono individuarsi strati sovrapposti con caratteristiche elastiche mediamente comuni.

La presente metodologia supera tali limitazioni e, quindi, permette di caratterizzare i litotipi con gli spessori individuati nella stratigrafia del pozzo e il modello di velocità viene calcolato riducendo al minimo le differenze tra i tempi misurati e i tempi calcolati, tenendo conto che il raggio sismico viene rifratto dagli strati a diversa velocità.
Così, considerando n misure poste a profondità crescenti zi e un modello di velocità di k strati con spessore hi.

Il tempo di percorrenza tra l’offset e un punto posto a profondità zi, sarà:
tt = ( d1 / v1 + d2 / v2 + ..... + di / vi ).
Per poter soddisfare la legge di Snell si deve tener conto della costatnte:
p = sen(i) / v,
e
di = h, / cos(i)
permette di calcolare il percorso d = ( d1 + d2 + ..... + di ).
La costante p è calcolata con un processo iterativo e fin quando la differenza (offset – x ) sarà molto piccola,
dove x = ( x1 + x2 + ..... + xi ) e xi = h, • tan(i).
In modo sintetico si opera nel seguente modo:
1 – Acquisizione dei segnali.
2 - Analisi dei Segnali:
• Filtraggio:
• Passa Alto
• Passa Banda
• Passa Basso
• Ricerca dei primi arrivi Tp e Ts:
• Studio della polarizzazione dell'onda S
• Produzione di file contenenti i tempi trovati alle diverse profondità
• Produzione di grafica dei segnali con la profondità.
3 – Interpretazione della Down.Hole:
Calcolo diretto:
• Richiamo dei tempi Tp e Ts
• Calcolo dei tempi corretti sulla verticale
• Grafico delle domocrone
• Calcolo delle velocità intervallo
• Grafico delle velocità intervallo
• Inserimento degli spessori degli strati da valutare
• Calcolo delle velocità Vp e Vs e del Modulo di Poisson degli strati
Inversione:
• Calcolo dei tempi d’arrivo delle fasi P ed S col metodo di inversione.
• Minima differenza tra tempi osservati e tempi calcolati, e ricalcalo delle velocità tenendo conto della rifrazione tra gli strati.
• Calcolo della rms.
• Calcolo della Vs media (Vs30 se l’indagine è spinta a 30 m).
Se i valori sono soddisfacenti si termina il calcolo altrimenti, si apportano correzioni ai tempi Tp e Ts, agli spessori degli strati e quindi si riprende il calcolo.
E’ da tenere sotto controllo anche il coefficiente di Poisson che deve variare tra 0.0 e 0.5.
In conclusione la presente metodologia permette di caratterizzare i diversi litotipi con lo spessore riscontrato durante la perforazione, calcolare il modello di velocità riducendo al minimo la differenza tra tempi misurati e tempi calcolati e avere la possibilità di valutare il risultato finale.

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