Способ акустических исследований скважин в процессе бурения Советский патент 1980 года по МПК E21B47/16 G01V1/42 

Изобретение относится к области исследований свойств горных пород и предназначено для определения акустических свойств горных пород в процессе бурения скважин. Известен способ акустических исследований скважин в процессе бурения, предусматривающий прием упругих колебаний, возникающих при работе двигателей бурового станка, при по мощи датчика, расположенного на забое скважины 1 . Однако при применении известного способа возникает необходимость наличия специального забойного устройства, опускаемого в скважину при помощи проводного канала связи, и кроме того, возникает погрешность измерений, обусловленная низким диапазоном частотного спект ра колебаний, возбуждаемых при работе наземных буровых двигателей. Наиболее близким по. технической сущности к предлагаемому является способ, предусматривающий прием упругих колебаний, возникающих в процессе бурения при взаимодействии бурового инструмента с горной породой, в колонке бурильных, труб при помощи датчика ртругих колебаний, установленного на колонке 2. Недостатки этого способа - низкие точность и разрешающая способность литологического расчленения :раэр1еза исследуемой скважины, обусловленные прямым методом измерения упругих колебаний и влиянием на результаты измерений передаточных характеристик колонны бурильных труб. Цель изобретения - повышение точности и достоверности определения упругих параметров горных пород в процессе бурения скважин. Поставленная цель достигается тем, что дополнительно осуществляют регистрацию упругих колебаний на дневной поверхности в точках, расположенных на расстоянии от колонны бурильных труб не менее преобладающей длины волны упругих колебаний, возбуждаемых при работе забойного бурового инструмента, находят авто- и взаимнокорреляцион1гые футсции ynpjTHX колебаний, принимаемых в верхней части колонны бурильных груб и на дневной поверхности, определяют отноигение амплитуд сигналов корреляции и разности, моментов вре;; 37 мени| соответствующих максимумам сигналов взаимной корреляции, по которым судят о литологических характеристиках разреза пройденных скважин и находящихся 1шже забоя горных пород. На чертеже изображена схема реализации способа., Способ осуществляется следующим образом. Упругие колебания, возбуждаемые в призабойной зоне при работе забойного бурового инструмента (например, вращающимся долотом) принимают одновременно двумя широкополоеными датчиками (например поляризационными сейсмоприемниками), один из которых 1 установлен в верхней части бурильной колонны (на квадрате, на вертлюте) или непосредственно на устье скважины, а второй датчик 2 располагается на дневной поверхности возле устья скважины на расстоянии, не ниже преобладающей дяины волны упругих колебаний, возбуждаемых при работе забойного бурового инструмента, и равном L ДtзДVз, где Д1з - время задержки различных типов волн; ДУз - разность скоростей распространения различных типов вол , Количество датчиков, устанавливаемых на бурил| ной колонке и на дневной поверхности в специ .альных углублениях, глубина которых зависит от зфовня наземных помех, выбирается неограниченным и зависит только от характера рещения задачи. В той же мере зто относится и к способу расстановки наземных датчиков, которые устанавливаются по двзти взаимнопересекающимся профилям, по сторонам многоугольника и др., и к выбору типа датчиков. Составляющие регистрируемого волнового гголя, принимаемого датчиками на каждом из мерительном канале на дневной поверхности, отличаются друг от друга направлением и ско. ростью распространения и расстоянием, пробегаемым волной. Это позволяет разделить суммарное поле на его составляющие волны (прямые, преломленные, отраженьшк и др.) и определить их параметры, связанные с диссинатив ными и дисперсионными свойствами околосква жинного пространства, измеряя значения максимумов автокорреляции сигналов вер ней части бурильной колонИы (на устье скважины) и взаимной корреляции между сигналами в верхней части бурильной колонны (или на устье скважины) и сигналами принятыми датчиками, удаленными от устья скважины. Величины максимумов сигналов корреляции соответствуют величийам энергии разяичных типов упругих волн. При зтом коэффициент затухания околоскважинной среды для различнь1Х типов упругих волн измеряют как йеЯичину отношения значения максимумов сиг6налов корреляции на двух измерительных каналах I и II: в моменты времени, задаваемые дискретностью измерения коэффициента затухания во времени ДТ, и в зависимости от величины скорости проходки буровой скважины прох Р этом К н соответствует заданной базе наблюдения: при выбранной частоте фильтрации. Измерение в процессе бурения коэффициента затухания Д11я различных типов упругихволн по величине отнощения максимума корреляции позволяет, таким образом, осуществить нормиР° ™ величины затухания на передаточные характеристики бурильной мащины и последовательно пройденных скважиной горных пород, « обеспечить высокую точность измерения и независимость полученных результатов от измег ... . В то же время возможность выбора коэффициента К и фильтрации сигналов в процессе б}фения, осуществляемая. оператором, позволяет достигнуть. желаемой детальности расчленения разреза исследуемой скважины по поглощающим характеристикам горных пород. Совместная интерпретация величин коэффициентов затухания для различных типов упругих волн а , ug и др. позволяет повысить достоверность оперативного вьщеления продуктивных коллекторов в процессе бурения, отмечаемых аномальными значениями этих величин. .. Временные сдвиги максимумов автокорреляции и взаимной корреляции определяются длиной пути б проходимой }шругими волнакда и скоростью распространения волн R (т; (r - ) + AR(r - )+BR(r , скорость распространения волн; А, В - коэффициенты, и соответствующие моментам прихода различных типов упругих волн г д. Интервальное время пробега упругих колебаний измеряют по разности моментов прихода максимумов взаимной корреляции сигналов однотипных волн, принятых по двум измерительным каналам I, И и измеренных с дискретностью во времени ДТ Ti т At. т- Интервальную скорость распространения упругих колебаний определяют по Значениям Т. + AT Tj R-VV maxmax В случае определения аА1инт и f на вре менных задержках, соответствующих приходу отраженных волн, в процессе бурения судят о упругих характеристиках пород, лежащих ниже забоя буровой скважины, в том числе прогнозируя зоны АВПД. При этом вьщеление требуемой волны на фоне помех возможно, ес ли длительность корреляции полезного сигнала значительно больше длительности корреляции помехи, а для исключения перекрытия максимумов корреляции, наблюдаемых в приемных сигналах волн, необходимо, чтобы длительност корреляции сигналов была меньше времен задержек волн относительно друг друга. Измере ния при помощи наземной системы наблюдени в этом случае вьшолняются в Частотном-диапа зоне, превышающем величину, обратную длительности корреляции принятых сигналов. Упругие колебания, возбуждаемые при работе забойного бурового инструмента, поступают на входьг трехкомпонентных датчиков 1 и 2, установленных в верхней части бурильной колонны или на устье датчика I и датчика 2, установленного возле устья на заданном расстоянии. Сигналы Принятые датчиками, преобразуются в электрические, отфильтровьшаются от помех, в блоке 3 и поступают на вход двухканальной (многоканальной) наземной аппаратуры каналы которой идентичны для каждого из принятых сигналов. После усиления в блоках 4 и 5 сигналы поступают в блок измерения максимумов сигналов корреляции 6. С йыхода блока 6 сигналы значений максимумов корредяции поступают в блок 7 измерения коэффициента затухания а, где происходит операция деления значений максимумов корреляционных функций. Одновременно сигналы с выхода бло ка 6 поступают на вход блока 8,. где происходит измерение значений временньрс сдвигов, со ответствующих максимальным з начениям взаимной корреляции на каждом приемном канале TI и Г{ и далее подаются на вход блока 9 где осуществляется измерение интервального времени распространения упругих колебаний У вычитания значений временных сдвигов Tj и TJ . С выходов блоков 7 и 9 выходные сигналы, пропорциональньге значениям а и At „„ подаются на многоканальный nni. регистратор 10, где осуществляется их запись в функции глубины исследуемой скважины.

;.- -.г -г ie№KS SKi -jsiai f: i::-, , 6 для чего лентопротяжный регистратора синхронно связан с датчиком глуб1шы скважины. Применение предлагаемого способа дает возможность оперативного определения и прогнозирования в процессе бурения поглощающих и скоростных характеристик исследуемых горных пород по данным только наземных наблюдений - без спуска в буровую скважину специальной забойной аппарат ры, а также измерения отношения максимумов сигналов корре ляции и разности момента прихода максимумов взаимной корреляции на временных задержках, соответствующих упругим колебаниям, отраженным от нижележащих горных пород, прогнозирования физико-механических свойств горных пород, лежащих ниже забоя, и, в частности, прогнозирования в процессе бурения зон с аномально высокими пластовыми давлениями, характеризующихся аномальными значениями амплитуд взаимной корреляции и аномальными значениями интервала корреляции. Предлагаемому способу присущи высокая точность и разрешающая способность, обусловленные использованием широкополосного спектра излучения упругих колебаний и высокой детальностью измерений, зависящей, в основном, от дискретности измерений во времени и скорости проходки буровой скважины. Способ исключает влияние на результату измерения коэффициентов передачи бурильной колонны и вышележащей толщи горных пород и дает возможность определения упругих параметров раздельно для различных типов волн (прямых, продольных, поперечных, преломленных, отраженных и др.) путем их временного разделения при помощи корреляционного приема. Измерительная установка по предлагаемому способу обладает высокой надежностью и простотой, исключающей необходимость применения проводного канала связи и забойной аппаратуры. Применение предлагаемого способа позволяет непосредственно вьщелять в процессе бурения продуктивные коллекторы, оперативно контролировать режимные параметры бурения (осевая нагрузка, число оборотов и др.) на основе измеренных в процессе бурения физикомеханических характеристик разбуриваемых горных пород, контролировать степени искривления ствола скважины по измерению изменения времени вступления максимального значения взаимной корреляции сигналов прямой упругой волны, принятых датчиками, расположенными вокруг устья СКВаясийЕг по специально выбран-. . ной системе. Применение предлагаемого способа повышает достоверность определения физико-механичебких свойств горных пород в процессе буреййя и позволяет осуществить оптимизацию проОдесса их разрушения по измеренным частотнозависимым коэффициентам затухания и интервальным временам распространения упругих колебаний.

Формула изобр е т е и и я

Способ акустических исследовашпй скважин в процессе бурения, основанный на приеме упругих колебаний, возникающих при бурении скважин в колонке бурильных труб, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и достоверности определения параметров горных пород в процессе бурения скважин, дополнительно осуществляют прием упругих колебаний.на дневной поверхности в точках, расположенных на расстоянии

от колонны бурилышх труё не менее преоблад.ающей длины волнь упругих колебаний, возбу кдаемых при работе забойного бурового инструмента, находят авто- а взаимнокорреляционные функции упругих колебаний, принимаемых в верхней части колонны бурильных труб и на дневной поверхности, и определйют отношение амплитуд сигналов корреляции и разности моментов времени, соответствующих

максимумам сигналов взаимной корреляции, по которым Судят о литологических характеристиках разреза пройдегшых скважин и находящихся ниже забоя горных пород. Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США № 2993553, кл. 181-05, 1969.

2.Патент США N 3520375, кл. 175-24, 1970 (прототип).