Способ выделения участков напряженного состояния обсадных скважин Советский патент 1993 года по МПК G01V1/40 

ваний путем выбора полосы регистрации и задержки времени регистрации шумовых сигналов.

Э кспериментальными, теоретическими и скважинными исследованиями было установлено, что в формирующихся вблизи стенок обсадной колонны зонах напряженного состояния горной породы и элементах обсадки могут возникать и протекать процессы релаксации напряжений, которые приводят к появлению эмиссии акустических шумов различной интенсивности, различного частотного диапазона и продолжительности.

Процессы релаксации напряжений могут протекать как самопроизвольно (спонтанно), а также носить управляемый, вызванный внешними воздействиями характер. При этом частотный спектр акустической эмиссии, вызванный релаксацией напряжений, характеризует источники эмиссии, по разному удаленные от стенок обсадной колонны: чем ниже частотный спектр, тем дальше от стенки колонны находится источник эмиссии и, наоборот, чем выше частотный спектр, тем ближе к стенке обсадной колонны находится источник эмиссии. Таким образом, перемещение эмиссии из низкочастотной области спектра в высокочастотную будет являться признаком перемещения зоны высоких напряжений из глубины пласта непосредственно к стенке скважины. При этом экспериментальными исследованиями было установлено, что частотный диапазон акустической эмиссии ближней к скважине зоны лежит в области частот 5,0-10 кГц, а частотный диапазон .акустической эмиссии дальней от скважины зоны лежит в области частот 1,0- 5 кГц.

Продолжительность эмиссии является также существенным признаком, отражающим характер напряженного состояния элементов обсадки (колонна-цементное кольцо) и окружающей породы. При этом чем выше продолжительность эмиссии, тем выше опасность достижения критических значений напряжений и, наоборот, чем короче эмиссия, тем меньше вероятность возникновения опасных (критических) напряжений вблизи обсадной колонны.

Различная продолжительность акустической эмиссии, вызванной напряженным состоянием разноудаленных от скважины участков горной породы, включая элементы обсадки, объясняется количеством аккумулированной упругой энергии в ближней и дальних .зонах. В случае если акустическая эмиссия обусловлена релаксацией напряжений, возникших только в ближней, околоскважинной части, включая цементное кольцо, то продолжительность ее, как правило, невелика и составляет не более 30-40 с, а если эмиссия вызвана релаксацией напряжений, возникших в массиве горной породы, удаленном от скважины в глубь пласта, то продолжительность ее возрастает и составляет от 1,5 до 3 мин.

Вызов акустической эмиссии ближней и

0 дальней зон околоскважинного пространства основан на создании искусственным путем зон выравнивания (комплексации) напряжений путем повышения давления в колонне выше гидростатического. Этот при5 ем приводит к тому, что в участках разреза, где горное давление превышало гидростатическое давление в колонне, т.е. зонах опасных напряжений, произойдет выравнивание скважинного и горного давлений. При

0 этом по мере увеличения продолжительности выдержки скважинного давления на заданном уровне (выше гидростатического, например, на уровне давления опрессовки) происходит распространение зоны вырав5 нивания давлений от наружней стенки колонны через цементное кольцо вглубь породы. Расчеты и эксперименты показывают, что чем пластичнее порода, т.е. чем выше вероятность возникновения в ней

0 аномальных горных давлений, тем быстрее распространяется в ней зона.выравнивания давлений. Обычно достаточно выдержки давления внутри колонны в течение 30-40 мин, чтобы зона выравнивания давлений пе5 реместилась от стенки колонны вглубь горной породы на расстояние до 1 метра и более.

В прочных консолидированных породах распространение зоны выравнивания дав0 лений происходит медленнее, и она сосредотачивается в этом случае главным образом в ближней к стенке скважины зоне (радиусом до 0,15-0,2 м).

В радиальном слое, окружающем около5 скважинное пространство, в котором произошло выравнивание давлений, происходит интенсивное накопление энергии упругой и неупругой (пластической и хрупкой) деформации горной породы.

0

При резком уменьшении (сбросе) давления в колонне до уровня гидростатического произойдет сброс (релаксации) напряжений, возникших в пределах выравнивания

5 давлений, что приведет к появлению акустической эмиссии,интенсивность которой будет определяться величиной исходных напряжений, а частотный диапазон и продолжительность - удаленностью от стенки колонны вглубь пласта и физико-механическими свойствами цементного камня и породы.

Акустическая эмиссия, вызванная аномальным (выше гидростатического) ростом горного давления в удаленной от скважины зоне лежит в пределах 1,0-5,0 кГц и регистрируется в (диапазоне) 1,5-3 мин от момента сброса давления в колонне.

Акустическая эмиссия, вызванная ростом горного давления в ближней к скважине зоне (цементное кольцо, ПЗП), лежит в диапазоне 5-10 кГц и регистрируется в пределах 30-40 с от момента сброса давления в колонне. Ожидаемый экономический эффект от сокращения времени выделения ин- тервалов напряженного состояния обсадных колонн и горных пород может составить порядка 200 руб на один объект. Ориентировочная потребность - 100 объектов в год.-

Формула изобретения Способ выделения участков напряженного состояния обсадных скважин, включающий регистрацию интенсивности

акустической эмиссии, и суждение о местоположении аномальных участков, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и оперативности способа, в обсадной скважине создают давление, постепенно повышают его до величины, соответствующей максимально допустимому давлению опрессовки, выдерживают заданный уровень давления по крайней мере 30 мин, затем производят мгновенные сброс давления до его первоначального гидростатического уровня, после чего фиксируют интенсивность акустической эмиссии, превышающей фоновые значения в 2-3 раза, а также регистрируют ее частотный диапазон и продолжительность, при этом по наличию повышенной интенсивности акустической эмиссии в диапазоне 1,0-5,0 кГц в течение 1,5-3 мин после момента сброса давления выделяют участки напряженного состояния горных пород в околоскважин- ном пространстве, а соответственно, в диапазоне 5,0-10 кГц в течение 30-40 с - участки напряженного состояния цементного кольца.

Использование: при исследовании неф- тегазоносных скважин. Сущность изобретения: в обсадной скважине создают давление, соответствующее максимально допустимому давлению ее опрессовки в течение по крайней мере 30 мин. Далее его сбрасывают до величины гидростатического давления. Интервал напряженного состояния пород и цементного кольца выделяют по наличию повышенной акустической эмиссии в частотных диапазонах соответственно 1,0-5,0 кГц и 5,0-10 кГц в течение соответственно 1,5-3,0 мин и 30-40 с с момента сброса давления. в 2-3 раза, и регистрируют в диапазоне 1,0- 5,0 кГц в течение 1,5-3 мин после момента сброса давления в колонне. Участки наиболее опасного напряжения цементного кольца выделяют по интенсивности акустической эмиссии, превышающей фоновые значения в 2-3 раза и регистрируемой в диапазоне 5,0-10 кГц в течение 30- 40 с после момента сброса давления в колонне. В результате исследования заявляемого способа по патентной и научно-технической литературе установлено, что предлагаемый способ, по сравнению с ранее известными, обладает новизной и существенностью признаков, так как позволяет провоцировать акустическую эмиссию в нужный момент времени для исследования, а также варьировать глубинность исследоfe « 00 8 -N чэ