АКУСТИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА ПЕРЕТОКА ФЛЮИДА В ЗАКОЛОННОМ ПРОСТРАНСТВЕ СКВАЖИНЫ Российский патент 2013 года по МПК E21B47/107 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано, например, для определения качества цементирования скважин.

Известен способ аналогичного назначения, согласно которому для определения наличия заколонного движения жидкости в скважине создают виброакустические колебания путем закачки в скважину жидкости с последующей многократной регистрацией виброакустических колебаний. При этом определение заколонного движения жидкости в скважине проводят по изменению амплитуд виброакустических колебаний /Патент РФ №2066751, кл. Е21В 47/10, 1996/.

Недостатком известного способа является ограниченность его применения только случаем выявления наличия факта заколонного перетока флюида.

Известен способ того же назначения, принятый за прототип, заключающийся в равномерном перемещении вдоль или параллельно оси скважины с равномерной скоростью V акустического преобразователя и отработке полученного на его выходе шумового сигнала, по которому судят о глубине h₀ расположения места перетока флюида.

В прототипе предварительно регистрируют распределение температурных аномалий вдоль ствола скважины с помощью скважинного термометра и выделяют интервалы их отклонений от геотермы. Затем дважды проводят регистрацию шумовых сигналов акустическим преобразователем - при раскрытых и закрытых рычагах-волноводах в местах расположения температурных аномалий (RU 2405936 С2, кл. Е21В 47/14, опубл. 10.12.2010).

Недостатком прототипа является сложность практической реализации способа, вытекающая из необходимости применения в исследованиях помимо акустического еще и термического каротажа, а также необходимости применения специальных рычагов-волноводов в акустическом каротаже.

Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является упрощение практической реализации способа.

Данный технический результат достигают за счет того, что в известном акустическом способе, заключающемся в равномерном перемещении вдоль или параллельно оси скважины с равномерной скоростью V акустического преобразователя и отработке полученного на его выходе шумового сигнала, по которому судят о глубине h₀ расположения места перетока флюида, предварительно из шумового сигнала выделяют стабильную по частоте дискретную составляющую f₀, а на выходе акустического преобразователя по мере его перемещения вдоль или параллельно оси скважины регистрируют мгновенную доплеровскую частоту f(t) и в момент времени t₀, в который значение мгновенной доплеровской частоты f(t)=f₀, определяют глубину h₀ по формуле:

$$h_0=V{t}_0\left(1\right)$$

Кроме того, из шумового сигнала выделяют стабильную по частоте дискретную составляющую частотой выше 500 Гц.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 представлена схема реализации способа; на фиг.2 - траектория частотно-временного следа для пояснения существа способа.

Схема, реализующая способ, включает в себя акустическую каротажную систему, состоящую из спускоподъемного устройства 1 (СПУ 1), кабеля-троса 2 и акустического преобразователя 3. Имеется также вторичная электронная аппаратура 4, выполненная, например, в виде частотного дискриминатора и компьютера, ко входу которой подключен выход преобразователя 3 через кабель-трос 2.

Способ реализуется следующим образом.

Опускают или поднимают с равномерной скоростью V акустический преобразователь 3 с помощью СПУ 1 и кабеля-троса 2. Одновременно регистрируют с помощью вторичной электронной аппаратуры 4 шумовой выходной сигнал на выходе преобразователя 3. Выделяют из шумового выходного сигнала акустического преобразователя 3 стабильную по частоте дискретную составляющую f₀ с помощью перестраиваемых полосовых фильтров частотного дискриминатора.

Поскольку между акустическим преобразователем 3 и источником 5 шума (фиг.1) имеет место равномерное движение со скоростью V, то возникает эффект Доплера, проявляющийся в том, что мгновенная доплеровская частота f(t) на выделенной дискретной составляющей f₀ будет изменяться со временем t по мере изменения расстояния d между преобразователем 3 и источником 5 шума.

Характер изменения мгновенной доплеровской частоты подчиняется математическому соотношению (Измерительная техника, 1997, №3, с.48-52):

$$f(t)=f_0\left[1+\frac{V^2(t_0-t)}{c\sqrt{d^2+V^2{(t-t_0)}^2}}\right]\left(2\right),$$

где c - скорость звука; t₀ - момент времени, в который преобразователь 3 будет расположен на траверзном расстоянии от источника 5 шума (по существу, будет расположен напротив источника 5 шума, как представлено на фиг.1).

Характер изменения мгновенной доплеровской частоты f(t) представлен на фиг.2, из которого видно, что на временах t<<t₀ и t>>t₀ $$f(t)=f_1=f_2=f_0\pm f_0\frac{V}{c}.$$

В момент времени t₀, когда преобразователь 3 расположен на траверзном расстоянии от источника 5 шума (напротив источника 5 шума), f(t)=f₀.

Вторичная аппаратура 4 фиксирует на компьютере момент времени t₀ и по нему определяет глубину h₀ по формуле (1).

Высокая точность измерений мгновенной доплеровской частоты f(t) наблюдается при значениях f₀>500 Гц.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для определения качества цементирования скважин. Акустический способ определения места перетока флюида в заколонном пространстве скважины заключается в равномерном перемещении вдоль скважины акустического преобразователя и отработке полученного на его выходе шумового сигнала, по которому судят о глубине расположения места перетока флюида. При этом в выходном шумовом сигнале акустического преобразователя выделяют стабильную по частоте дискретную составляющую f₀ и регистрируют мгновенную доплеровскую частоту f(t) по мере перемещения преобразователя вдоль скважины с равномерной скоростью. В момент, когда мгновенная доплеровская частота f(t) будет равна дискретной составляющей f₀, регистрируют время t₀ и определяют глубину h₀ расположения источника шума по приведенному математическому выражению. Предложенный способ снижает трудоемкость процесса определения места перетока флюида в заколонном пространстве. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Акустический способ определения места перетока флюида в заколонном пространстве скважины, заключающийся в равномерном перемещении вдоль или параллельно оси скважины с равномерной скоростью V акустического преобразователя и отработке полученного на его выходе шумового сигнала, по которому судят о глубине h₀ расположения места перетока флюида, отличающийся тем, что предварительно из шумового сигнала выделяют стабильную по частоте дискретную составляющую f₀, a на выходе акустического преобразователя по мере его перемещения вдоль или параллельно оси скважины регистрируют мгновенную доплеровскую частоту f(t) и в момент времени t₀, в который значение мгновенной доплеровской частоты f(t)=f₀, определяют глубину h₀ по формуле h₀=Vt₀.

2. Акустический способ по п.1, отличающийся тем, что из шумового сигнала выделяют стабильную по частоте дискретную составляющую частотой выше 500 Гц.