Способ определения течения пород в скважине Советский патент 1992 года по МПК G01V1/40 

Изобретение относится к области контроля состояния ствола скважин в процессе бурения.

Известен способ определения течения или ползучести пород в скважинах, основанный на измерениях пластической деформации ствола скважин с помощью скважинных деформометров.

Однако этот способ весьма трудоемок и может быть использован лишь при установившемся равновесии напряженного состо- яния пород в околоскважинном пространстве, которое требует нескольких суток полного покоя скважины после окончания ее бурения.

Наиболее близким к изобретению является способ измерения акустической эмиссии в горных выработках для выявления зон напряженности и выбросоопасности пород.

Однако используемый в нем диапазон частот 0,2-0,5 кГц не пригоден для обнаружения течения пород в скважинах. В отличие от горных выработок в скважине в указанном частотном диапазоне могут возникать акустические шумы лишь от фильтрации флюида в порах и трещинах проницаемого плжгга в гидродинамически неуравновешенной скважине.

Целью изобретения является повышение достоверности способа за счет увеличения помехозащищенности.

Указанная цель достигается путем временных измерений интенсивности акустической эмиссии против пластов пластичных пород в диапазоне с граничными частотами

-ч

4

О 00 О

о

от нижней fti Vp/8 Л RCKB до верхней fs VP/2 я RCKB (где Vp - скорость продольных волн в пласте, RCKB - радиус скважины в пласте), причем течение пластичных пород устанавливают по положительному градиенту интенсивности акустической эмиссии. На чертеже изображены графики изменения интенсивности акустической эмиссии Ааэ во времени для двух типов процессов в пластичных породах: при этом кривая 1 характеризует отсутствие текучести, кривая 2 - наличие текучести.

, В основу оптимизации частотного диапазона измерений положены частотно- Фильтрационныесвойства околоскважинного пространства, В процессе бурения скважины породы в околосква- жинном пространстве переходят в новое напряженное состояние, образуя аномальную кольцевую зону упруго-пластического распределения напряжений и деформаций. Вблизи забоя скважины в ней превалирует упругое перераспределение напряжений в радиальном направлении на расстояние от стенки скважины от одного до двух радиусов скважины (1-2 RCKB). Максимум напряжений проходит по среднему радиусу кольца RK 2RCKB. Являясь источником акустической эмиссии, эта кольцевая зона возбуждается с частотой .радиального резонанса, которая определяется по формуле

- 27rRK 4л:НСкв

Грез

где Vp VE//9 - скорость продольных волн в кольцевой среде;

Е и р- модуль Юнга и объемная плотность пород в кольцевом пространстве.

В то же время кольцевая зона является акустическим полосовым фильтром, полоса пропускания частот fn которого определяется его добротностью

Q fpe3/fn fpe3/2Af,

где Af - абсолютное отклонение (положительное или отрицательное) от fpes.

Волновое сопротивление кольцевой зоны, как источника акустической эмиссии, мало отличается от волнового сопротивления окружающего ее массива как нагрузки, поэтому коэффициент потерь в ней практически равен 1.0. и добротность ее близка к 1.0. Атак как fп 2 Af, то Q 1,,fn fpea. a A f «fрез/2.

Отсюда нижняя граничная частота fn амплитудного спектра частот кольцевой зоны, а, следовательно, диапазона регистрации равна:

fn - fpes A f - fpea - fpes/2 fpes/2 ЛКскв.

Верхняя граничная частота fB диапазона регистрации находится через максимальную резонансную частоту кольцевой зоны в начальный период ее формирования. Так как в начальный момент неупругих деформаций стенки скважины, рождающих акустическую эмиссию, минимально

возможный радиус R можно принять равным RCKB, то максимальная резонансная частота, а, следовательно, и верхняя граничная частота диапазона регистрации:

fB - Vp/2 П RCKB.

Эта верхняя граничная частота fe является оптимальной по критерию помехоустойчивости (помехозащищенности) предлагаемого способа от акустических шумов различного происхождения, приходящих в

виде продольных волн в зону измерений акустической эмиссии.

Таким образом, полная полоса возможных fn частот акустической эмиссии, возни- кающих в процессе формирования

кольцевой зоны, а, следовательно, и оптимальный диапазон их измерения находятся в пределах:

Vp/8 п RCKB $ fn Vp/2 л RCKB. Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

После окончания §урения скважины и полного или частичного подьема инструмента из нее выделяют пласты пластичных пород. Затем в выделенных пластах

приступают к измерениям акустической эмиссии через дополнительный регулируемый полосовой фильтр, нижнюю граничную частоту пропускания fH которого выбирают (определяют) по формуле

fH Vp/8 л-RCKB, а верхнюю - по фромуле

fD VP/2-.RCKB.

где за радиус скважины RCKB. принимается половина диаметра скважины DCKB, измеренного каверномером.

Первое измерение амплитуд акустических эмиссионных шумов Ааэ1 проводят в момент времени ti прекращения бурения скважины. Эта эмиссия может быть обусловлена либо процессом затухающего ка- вернообразования, либо процессом прогрессирующего, устанавливающегося течения пород, сопровождающегося выва- лообразованием. если при втором измерении через несколько часов t2 после установления равновесия напряженного состояния амплитуда акустической эмиссии уменьшится до значения Ааэ2, то в пласте идет процесс затухающего кавернообразования, а если увеличится до значения АазЗ, то в пласте идет процесс течения пород. Таким образом, по знаку градиента Ааэ достоверно определяется текучесть пород ис- следуемого пласта или ее отсутствие. Формула изобретения Способ определения течения пород в скважине, включающий временные измерения акустической эмиссии и по изменению ее интенсивности, вынесение суждения о напряженном состоянии пород, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности способа за счет увеличения помехозащищенности, после окончания бу0

рения скважины выделяют пласты пластичных пород, измеряют интенсивность акустической эмиссии против выделенных пластов в частотном диапазоне от fH - Ур/8«тг-РСкв до fB Vp/2- гГ Рскв. где fn fn - нижняя и верхняя измеряемые частоты; Vp - скорость продольных волн в пласте, R - радиус скважины, до установления равновесия напряженного состояния повторяют измерения акустической эмиссии, определяют градиент интенсивности акустической эмиссии и по его знаку судят о наличии течения пород в пласте.

Использование: контроль состояния ствола скважины в процессе бурения. Сущ2 / ность изобретения: измерение акустической эмиссии из кольцевой области концентрации напряжений в околоскважинном пространстве, рассматриваемой как кольцевой резонатор и полосовой фильтр. Для суждения о наличии или отсутствии течения определяют временной градиент амплитуды акустической эмиссии против пластов пластичных пород до и после установления равновесного напряженного состояния. Измерения акустической эмиссии производят в диапазоне с граничными частотами от fH Vp/8 л:ВСкв до fe Ур/2я RCKB где Vp - скорость продольных волн в пласте, RCKB- радиус скважины. Положительный градиент интенсивности эмиссии свидетельствует о наличии текучести в пласте. 1 ил.

t,