Использование методов акустического каротажа при исследовании обсаженных скважин

      - АК  по затуханию упругих волн  – для определения поглощающих  свойств горных пород, зон трещиноватости  и т.п.

В практике ГИС выделяется два  типа волн (продольная Р волна и поперечная S волна), для которых установлены определённые взаимосвязи между измеряемыми параметрами волн – интервальное время (Dt), амплитуда (А), затухание (Alpha), энергия (Eng) – и искомыми характеристиками пород, а также Лэмба и Стоунли упругих волн, распространяющихся в горных породах .

Параметры (Dt и Alpha) продольной P и поперечной S волн применяют для изучения разрезов скважин.

Параметры волны Стоунли (Dt и Alpha) применяют для выделения проницаемых разностей пород.

При воздействии на элементарный объем породы с помощью звуковой  или ультразвуковой волны, происходит деформация частиц породы и их перемещение. Возникают два типа деформации: деформация объема (растяжение, сжатие) и деформация формы (сдвига). Во всех направлениях от точки приложения возбуждающей силы изменяется первоначальное состояние среды. Процесс последовательного распространения деформации называется упругой волной Рис.1.

 

Рис.1

Продольные волны связаны  с объемной деформацией среды. Поэтому  они могут распространяться как  в твердых телах, так и в жидких или газообразных средах.

  Поперечные волны могут возникать только в такой среде, которая обладает упругостью формы, т.е. способна сопротивляться деформации сдвига. Этим свойством обладают лишь твердые тела.

   Распространение  продольной волны представляет собой перемещение зон сжатия и растяжения, при котором частицы среды совершают колебания около своего первоначального положения в направлении, совпадающем с направлением распространения волны. Рис.2 (а).

   Распространение поперечной волны представляет собой перемещение зоны скольжения слоев среды относительно друг друга; частицы среды совершают колебания около своего первоначального положения  в направлении перпендикулярном к направлению распространения волны. Рис.2 (б).

Направление движения волны                           Направление движения волны

 

 

                

Рис.2

 

 

 

 

 

Акустический каротаж основан  на возбуждении в жидкости, заполняющей  скважину, импульса упругих колебаний и регистрации волн, прошедших через горные породы, на заданном расстоянии от излучателя в одной или нескольких точках на оси скважины. Рис.3

Рис.3

 

 

Данные АК применяют:

- для литологического  расчленения разрезов и расчета  упругих свойств пород (Δt_р, Δt_s);

В отдельных  литологических разностях осадочных  пород (песчаник, алевролит, аргиллит, известняк и т.д.) скорости распространения  и коэффициенты затухания Р и S волн зависят от минерального состава  слагающих частиц, степени их уплотнения, сцементированности, величины и структуры порового пространства (межзерновые поры, трещины, каверны) и изменяются в широких пределах.         Вследствие влияния на параметры АК (DT, Alpha) многих факторов, их применение позволяет уверенно выделить в разрезе только крупные литологические комплексы - песчаники, аргиллиты, карбонатные породы.  Гидрохимические осадки -  ангидриты, гипсы, галит (каменная соль) характеризуются близкими к  постоянным значениями скоростей Р и S волн, которые незначительно изменяются с глубиной, что так же способствует однозначности их выделения.

 Таким  образом, АК не имеет каких-либо  преимуществ перед другими видами  ГИС при детальном литологическом  расчленении разрезов, однако, важным  результатом работ стали исследования  по определению значений интервальных времен в скелете породы (DTck). В таблице №2 приведены диапазоны изменений скоростей распространения V  и значений  DTck  продольных P и поперечных S  волн в минеральном скелете для основных минералогических комплексов.

                                                                                                                         Таблица 2.

Диапазоны изменений скоростей распространения V  и значений  DTck  продольных P и поперечных S  волн в минеральном скелете для основных минералогических комплексов.

Порода	Плотность минерала,      г/см3	Vp, м/с  мкс/м	DTск P,	Vs, м/с мкс/м	DTск S,	Vр/Vs
Песчаник крепко cцементированный	2.65-2.71	3700-5500	170	2300-3400	260	1.5-1.6
Песчаник слабо cцементированный	2.65-2.71	2800-4500	182	1750-2800	290	1.6
Известняк	2.71	3800-6250	155	1950-3300	312	1,9
Доломит	2,87	4400-7400	142	2500-4100	256	1,8
Ангидрит	2,97-3,07	6000-5600	167	3370-3150	297	1,78
Гипс	2,32	5400-5600	178	2880-2990	334	1,87
Галит	2,16	4420-5130	214	2500-2920	342	1,6-1,8
Сильвит (КCl)	1,94	4300-5200	225	1630-2160	444	2,0-2,25
Вода пресная	1,0-1,05	1550
Вода минерализованная	1,05-1,24	1720
Нефть	0,80-0,90	1290	800

- локализации трещиноватых  пород, трещин гидроразрывов и  интервалов напряженного состояния пород (Е, Δt);

- определения коэффициентов  межзерновой и вторичной (трещинно-каверновой) пористости коллекторов и характера  их насыщенности;

- выделения проницаемых  интервалов в чистых и глинистых  породах .

Для выделения в карбонатных разрезах сложных коллекторов применяется комплекс акустических методов: акустический каротаж по приточным зонам (АКПЗ), акустический телевизор (САТ) и глубинное акустическое вертикальное зондирование (ГАКЗ).

Возможности АК при выделении  сложных коллекторов связаны с влиянием неоднородности пород (трещины и каверны) на величину регистрируемой полной энергии (Е) волнового сигнала.

Для оценки степени неоднородности пород без дифференциации  на трещины и каверны, введена количественная мера, называемая коэффициентом приточности – Ке (по Будыко) и радиальной неоднородности – Кg .

Ке=(1/R)* ln ((Кпопр)* (Аоп/ Аизм ));  неп/м.

 где Кпопр =   (DTPоп/ DTPтек);   

  ввод Кпопр в формулу позволяет исключить вклад в расчетные значения Ке влияния межзерновой пористости пород, так как Р-волна, распространяясь по скелету кавернозно-трещинного коллектора, фиксирует по DT именно межзерновую составляющую в его емкости.

DTPоп, DTPтек – значения интервальных времен пробега продольных волн, соответственно, в опорном пласте и в интервалах измерений;

 Аоп, Аизм – измеряемые  амплитуды сигнала, соответственно  в опорном пласте  (опорный  пласт плотных известняков без  трещин и кавернозности, отличающийся max Аизм и min DTP) и в интервале исследования;

    Сложный коллектор  является:

• проницаемым (приточным) при значениях Ке > 0.22 Нп/м;
• неоднозначно приточным - при Ке  от 0.11 до 0.22 Нп/м;
• неприточным -  при Ке < 0.11 Нп/м.

Если по АКПЗ породы изучаются  АК-волнами, распространяющимися вдоль  оси скважины, то метод ГАКЗ зондирует пространство перпендикулярно оси скважины  и позволяет  детально изучать неоднородности пород (кавернозность, слоистость, трещиноватость) в удаленой от скважины зоне (до 5м) и количественно оценивать радиальную неоднородность пород по коэффициенту Кg:

                 Кg  =  ln (Аоп /Аизм ), неп/м,

Методы АКПЗ и ГАКЗ работают  во взаимно перпендикулярных плоскостях. Отсюда вытекает необходимость  комплексирования этих  методов  для всестороннего решения задачи выделения  сложнопостроенного коллектора  и, в том числе для оценки его вертикальной трещинной составляющей.

 

 

 

2.4 Комплексная  интерпретация методов АК с  ГГК и ЭМДСТ

Акустический метод не является самостоятельным методом. Акустические исследования в скважине всегда идут в комплексе с такими методами ГИС, такими как ГГДТ, ЭМДСТ.

Рассмотрим пример комплексной  интерпретации на примере скважины № 82 Уньвинского месторождения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                            2.5 Метрология

Методика калибровки измерительных каналов аппаратуры АК с использованием эталонных волноводов основана на прямых измерениях калибруемой  аппаратурой интервального времени  распространения и коэффициент затухания ультразвука, воспроизводимых стандартными образцами акустических параметров (волноводами). Зонд аппаратуры АК коаксиально помещают в центральную часть волновода, заполненного водой. Выполняют однократные измерения интервального времени распространения и коэффициент затухания ультразвука. Оценку абсолютной погрешности измеренной в каждой i–той точке контроля (в каждом волноводе) определяют по формулам:

где и - показания аппаратуры (измеренные значения интервального времени распространения и коэффициента затухания ультразвука) в i–той точке контроля.

 и  - эталонные значенияинтервального времени распросранения и коэффициента затухания ультразвука в i–той точке контроля.

Акустические волноводы, входящие в комплект КЭВ-АК, выполнены  в виде стаканов длиной 4 или 6 м: из стали, стеклопластика, асбоцемента и полиэтилена.

Волноводы заглушаются  с торцов и заполняются звукопроводящей  жидкостью ( вода, выдержанная не менее 6 ч в открытой ёмкости, насыщенный раствор тринатрийфосфата или дизельное  топливо). Воспроизведение нижнего, среднего и верхнего значений диапазона измерений осуществляют с помощью материалов с различными скоростями распространения упругих волн (сталь, дюралюминий, асбоцемент, винипласт).

№ стандартного образца	Материал-носитель свойств	Внутренний диаметр волновода, мм	Интервальное время, мкс/м	Коэффициент. Затухания  на частоте 20 кГц, дБ/м
Образец 1	Сталь	(125±2)	182-185	(2.5÷3.0)
Образец 2	Асбоцемент	(135±2)	320-340	(2.5÷3.0)
Образец 3	Стеклопластик	(115±2)	350-370	(6.0÷6.5)
Образец 4	Полиэтилен	(145±2)	500-650	(13.0÷15.0)

 

            3.  Техника безопастности и охрана окружающей среды.

 

 3.1.Требования по безопасному ведению геофизических работ в нефтяных скважинах

 

1. Геофизические работы в нефтяных скважинах выполняются специализированными организациями по договорам, заключаемым с буровыми, добывающими и другими предприятиями, в которых оговариваются обязательства обеих сторон по безопасному проведению работ.
2. Работы должны проводиться в объеме и с периодичностью, предусмотренными геолого-техническим нарядом на строительство скважины, планом проведении ремонтно-восстановительных работ и мероприятиями по контролю за разработкой пластов, состоянием и эксплуатацией скважин и скважинного оборудования.
3. Геофизические работы разрешается проводить после специальной подготовки территории и ствола скважины, обеспечивающей удобную и безопасную эксплуатацию наземного оборудования, беспрепятственный спуск скважинных приборов и аппаратов на кабеле до интервала исследований или до забоя. Готовность территории и скважины для проведения геофизических работ подтверждается двусторонним актом.

4. Работы должны проводиться в присутствии представителя предприятия, в ведении которого находится скважина. К геофизическим работам может привлекаться рабочий персонал буровой бригады и оборудование, если это необходимо для осуществления технологии исследований.

5. Геофизические работы в нефтяных скважинах должны проводиться с применением оборудования, кабеля и аппаратуры, технические характеристики которых соответствуют геолого-техническим условиям в бурящихся и эксплуатируемых скважинах.
6. К работам допускаются сертифицированные оборудование, кабель и аппаратура.
7. Перед началом проведения исследований начальник партия геолого-технических исследований должен провести инструктаж работников буровой бригады по безопасным методам эксплуатации геофизического оборудования и взаимодействию при исполнении технологических операций.
8. Начальник партии обязан оперативно информировать бурового мастера и фиксировать в буровом журнале возможность возникновения осложнения или аварийной ситуации.
9. При каротаже пробуренного ствола скважины подъемник и лаборатория должны устанавливаться так, чтобы обеспечивались хороший обзор устья, свободный проход работников на мостики и сигнализационная связь между ними и устьем скважины.
10. Геофизические исследования в процессе разработки месторождения проводятся во всех категориях скважин при наличии рабочих площадок, обеспечивающих безопасное проведение работ с геофизическим устьевым оборудованием.
11. При выполнении прострелочно-взрывных работ (ПВР) в составе сложных технологий испытания и освоения скважин, требующих непосредственного взаимодействия персонала Подрядчика и Заказчика, работы должны проводиться по планам, совместно утверждаемым их руководителями.
12. Руководитель взрывных работ, выполняемых с применением электровзрывания, должен пройти обучение электробезопасности с присвоением квалификационной группы не ниже 3.
13. Возникающие в процессе проведения геофизических работ осложнения, связанные с прихватом кабеля, скважинного прибора или груза, ликвидируются под руководством начальника геофизической партии при участии работников буровой бригады.
14. В случаях возникновения признаков нефтепроявления после перфорации эксплуатационной колонны скважина должна быть загерметизирована.
15. Во избежание аварий запрещается проводить каротажные работы в неподготовленных, сильно газирующих или поглощающих раствор скважинах, а также в скважинах с уровнем бурового раствора ниже статического.
16. Запрещается спускать и поднимать вручную скважинные снаряды массой более 40 кг. Лебедчик в сырую погоду должен пользоваться резиновыми перчатками и сапогами.