Способ выделения неустойчивых пород в обсаженной скважине Советский патент 1991 года по МПК E21B47/00 

Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин.

Цель изобретения - повышение точности выделения наименее устойчивых горных пород.

Суть способа заключается в следующем.

Нагрузка со стороны текучих пород на зацементированную колонну может изменять ее диаметр (при величинах больших предела текучести) или изменять условия ее колебания (например, резонансную частоту, определяемую отношением скорости в колеблющемся цилиндре к длине его окружности). Скважинными исследованиями многократно показано, что с увеличением нагрузки на зацементированную колонну

эффективный период шумовых колебаний, регистрируемых в колонне, увеличивается, Поэтому для выделения участков повышенной радиальной нагрузки на колонну ускоряют течение пород в призабойной зоне зацементированной скважины воздействием давления на колонну (например, с помощью компрессора при закачке воздуха между колонной и насосно-компрессорны- ми трубами в период вызова притока по принятой на производстве схеме) и производят замеры эффективного периода шумовых колебаний в интервалах предположительно текучих пород (например, глинистых), для чего регистрируют шу- моакустическим преобразователем (например, используемым в аппаратуре

О 00

о

Ю

о

ЛИК-36-7 пьезокерамическим приемником с каналом линейного усиления в полосе частот порядка 0,5-10 кГц) периоды шумовых колебаний (например, превышающих амплитуду шумов порядка 5 мкВ по выходу приемника). Указанные периоды регистрируют непрерывно по стволу при скорости порядка 150-200 м/ч (или в отдельных точках остановленным прибором при непрерывной протяжке регистратора станции в течении 20-40 с в каждой точке).

Регистрируемые шумы обусловлены трением колонны и цементного кольца, перемещаемого вместе с породами, деформи- руемыми в радиусе зоны текучести. Указанные шумы трения возбуждают колебания в ближней цилиндрической зоне (определяемой, например, радиусом повышенных значений вертикально-радиальных составляющих горного давления), от радиуса указанной зоны зависят и периоды возникающих колебаний. Так, если предположить, что период шумовых колебаний зависит от отношения длины окружности колебаний цилиндра пород (2 Р) к скорости (V) продольной обобщенной волны в соответствующей зоне, то для распространенного в практике значения скорости в терригенных породах 300U м/с регистрируемый период шумовых колебаний 1900 мкс (частота порядка 0,5 кГц) в условиях скважины характеризует радиус указанной зоны повышенных давлений порядка 0,9 м.

Затем разгружают колонну снижением уровня жидкости (путем сброса воздуха, накаченного компрессором) на принятую, например, при средних условиях освоения величину порядка 500 м, и измеряют период Тш шумовых колебаний в выбранном интервале скважины.

По мере снижения уровня жидкости колонна испытывает сжимающую деформацию, за колонной соответственно деформируются временно разгруженные текучие породы, давление пород на колонну снова возрастает, границы зоны разгрузки удаляется, Однако к моменту окончания снижения уровня жидкости радиус зоны восстановившегося давления остается меньше начального радиуса зоны повышенного давления (в связи с запаздыванием восстановительной деформации от внутреннего трения пород), поэтому остается меньшим начального и соответствующий период Тш шумовых колебаний (на регистрируемую величину периода Тш возможно и некоторое влияние увеличения скорости продольной волны в соответствующей цилиндрической зоне).

Затем продолжают измерения периода через каждые 5-20 мин (в зависимости от скорости измерения) в процессе деформации течения, восстанавливающей радиус

зоны повышенного давления и условия нагрузки на колонну до начальных. При этом возрастает и постепенно восстанавливается и величина регистрируемого периода шумовых колебаний (практически полное

0 восстановление происходит примерно через 20 мин после начала наблюдений).

Быстрое увеличение периода Тш обусловлено быстрым нарастанием нагрузки до начальной величины (при медленных дефор5 мациях течения, например в интервалах высоковязких пород, более медленно происходит и увеличение и стабилизация периодов Тш). Таким образом, факт быстрого и практически полного восстановления

0 периода шумовых колебаний после разгрузки колонны на 5 МПа свидетельствует о течении в исследуемом интервале пород, восстанавливающем условия нагрузки в призабойной зоне и на колонну через це5 ментное кольцо, а время восстановления приближенно характеризует скорость течения. Так, при начальном уменьшении диаметра колонны порядка 20 мкм время восстановления условий - порядка 20 мин,

0 следовательно, радиальная скорость течения в зоне наблюдаемого интервала - порядка 1,7 - 10 мкм/с. Такая скорость соответствует практически наблюдавшейся для подобных глин и в других скважинах, а

5 также значениям, приведенным в литературе для пластичных глин, имеющих в предельной зоне радиусом 0,9 м отношение предела текучести к динамической вязкости порядка 10 1/с.

0 Найденное значение скорости деформации является довольно высоким и может приводить к значительным деформациям в призабойной зоне, однако учитывая фактор времени, практически необходимо выделе5 ние интервалов неустойчивых пород, деформируемых и с значительно меньшими скоростями. Установление факта неустойчивости интервалов возможно и по начальному участку восстановления периодов Тш

0 шумовых колебаний, критерием является увеличение периодов Тш после окончания снижения давления в скважине.

Таким образом по изменению периодов шумовых колебаний в процессе деформа5 ции, заданной разгрузкой колонны, можно определить интервалы текучих пород и выделить участки с наиболее быстрым деформированием. При этом время, необходимое для определения факта текучести (порядка десятков и сотен минут в условиях скважин

Тюмени и Татарии), значительно меньше, чем время, необходимое для определения текучести, например, по каверномеру. Источниками эмиссии шумов являются, как правило, интервалы наименее устойчивых пород в скважине, которые отказывают максимальное давление на внешнюю поверхность крепи обсаженной скважины.

В принципе регистрации интенсивности шумов было бы достаточно для выделе- ния интервалов наименее устойчивых пород, но сложность такого выделения заключается в том, что сама по себе интенсивность шумов зависит от многих факторов, трудно поддающихся учету. По этой причи- не более точно выделяются интервалы наименее устойчивых пород по динамике изменения периода шумов, имеющей место в течение относительно небольшого времени наблюдения, как правило, не превышаю- щего двадцать - тридцать минут.

Таким образом, в качестве критерия выделения наименее устойчивых пород в разрезе выбрано условие, когда первоначальная величина периода шумово- го сигнала (до изменения гидростатического давления) восстанавливается в течение времени, не превышающего 20-30 мин, после изменения гидростатического давления в колонне

Способ осуществляют путем следующих операций.

Регистрируют величину эффективного периода шумового сигнала по разрезу обсаженной скважины особенно в интервалах,

сложенных неустойчивыми горными поро дами. Разгружают обсадную колонну от гор ного давления путем снижения внутреннего гидростатического давления или увеличива ют внутренние давления в колонне выше гидростатического на величину 5-10 МПа.

Измеряют величину эффективного периода шумового сигнала, связанного с про- теканием, релаксацией вызванных напряжений в окружающей скважину горной породе.

Производят сброс внутреннего давления в колонне до первоначальной величины и повторяют измерение периода шумового сигнала через 20-30 мин.

Интервалы, где величины периода шумовых колебаний совпадают с первоначальными, идентифицируются как сложенные наименее устойчивыми породами.

Формула изобретения

Способ выделения неустойчивых пород в обсаженной скважине, включающий определение деформаций обсадной колонны в интервале исследования до и после изменения давления в скважине, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности выделения наименее устойчивых горных пород, производят регистрацию эффективного периода шумового сигнала, определяют время восстановления указанного периода в участках исследуемого интервала скважины, причем участки наименее устойчивых горных пород определяют по минимальным значениям времени восстановления эффективного периода шумового сигнала.

Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин. Цель - повышение точности выделения наименее устойчивых горных пород. Способ основан на определении деформаций обсадной колонны в интервале исследования до и после изменения давления в скважине. Для этого производят регистрацию эффективного периода шумовых сигналов до и после измене- ния давления в скеажине. Затем определяется время восстановления указанного периода в участках исследуемого интервала скважины. Участки наименее устойчивых горных пород определяют по минимальным значениям времени восстановления эффективного периода шумового сигнала. Для наиболее распространенных условий это время составляет 20-30 мин. сл с