Способ акустического каротажа и устройство для его осуществления Советский патент 1980 года по МПК E21B47/18 G01V1/40 

1 Изобретение от1 осится к области промыслово-геофизических исследований нефтяных и газовых скважин и может быть использовано для определения газового фактора в скважинной жидкости акустическим методом.

При геофизических исследованиях разведочньк и действующих нефтяных и газовых скважин из актуальных вопросов является определение газового фактора - измерение содержания свободного газа, а также количества и размеров газовых пузырьков в скважинной жидкости.

Известен способ акустического каротажа скважин при помощи устройства, которое содержит скважинный прибор, соединенный каротажным кабелем с наземной панелью. Скважинный прибор этой аппаратуры имеет структуру ИП, ИП1П1 или И1И2П и содержит задающий генератор, генераторы токовых импульсов для возбуждения излучателей и усилитель сигнала с приемника. Наземная панель содержит блок питания, синхронизатор, измерители амплитуд или затухания принимаемого сигнала, регистратор 1.

/.

Оцнако излучатели работают в импульсном режиме на одной частоте, отсутствует схема изменения интенс11вносги излучения, что не позволяет использовать данное устройство для определения газового фактора скважинной жидкости,j

Известен также способ акустического каротажа, который реализуют при помощи устройства, содержащего несколько излучателей с различными собственными резонансными час10тотами, приемник, собственная резонансная частота которого находится вдали от частот излучателей, акустический изолятор, задающие генераторы, генераторы токОвЫх импульсов и усилитель принимаемого сигнала, а также из

15 наземной панели, которая содержит блок питания, синхронизатор, усилитель, систему узкополосных фильтров, детектор и регистратор 2.

Способ реализуют следующим образом.

При движении скважинного прибора вдоль

20 ствола скважины одновременно на разных часготах возбуждают все излучатели и воздействуют через породу на приемник. Мощность излучения выбирается как можно ниже порога 374 кавитащга (не регулируе ся), но достатошзя для уверенной регистрации сигнала приемником Приекшик преобразует упругие колебания а не: который сложный сигнал с составляюидат соответствующих частот. Колебания со сложным спектром усиливаются и из скважинного прибора поступают по кабелю в наземную панель, где сигнал усиливается и системой узкополосных фильтров распределяется на составляющие частоты. Кблебания этих частот с разли шой амплитудой, определяемой частотной характеристикой тракта йередачи, включая исследуемую горную породу, детектируются и поступают на панели регистратора. Аппаратура позволяет регистрировать частотные характеристики в ввде непрерывной вдоль скважины каротажной диаграммы, отражающей TpaHCKfflCCHOHJaie свойства горный пород для нескольких дискрет ных частот, соответствующих собственным частотам используемых излучателей 2. Недостаток известного устройства заключается в том, что аппаратура не позволяет определить газовый фактор скважинной жидкости. Цель изобретения - измерение газового фактора жидкости в: скважишш1х условиях в процессе непрерывного каротажа. Поставленная цель достигается тем. Что и каждой точке измерения возбуждают колебания поочередно на четырех частотах, одна из которых в два к более раза меньще резонансной частоты собственных колебаний газовых пузырьков наибольших размеров, а другие - соответствуют резонансным частотам собственных колебаний пузырьков наибольщих, наимень щих и промежуточных размеров, изменяют интенсивность колебаний, определяют величину акустического давления, при котором образует ся кавитация, и по количеству и размерам газовых пузырьков и концентрации свободного газа (регистрируют по изменению спектра излу чаемого сигнала) определяют .газовый фактор скважинной жидкости. Устройство для регулирования способа включает скважинный прибор содержащий электроакустические излучатели, приемник и задающие генераторы и соединённый через каротажный кабель с наземной панелью, включающей усилитель полного сигнала И регистратор, отличается тем, что в скважинньш прибор введены, коммутатор, схема регулирования мощности излучения и усилители мощности, Лричем задающие генераторы соединены через коммутатор и схему регулирования с соответствующими усилителями мощности, зап скающнми излучатели, а в наземную панел введены блок управления коммутатором и схе мой регулирования мощности излучения, расположенных в скважинном приборе, детекторы усилители низкой частоты и постоянного тока. причем выход усилителя полного сигнала со- единен со входом детектора, выход которого через усилитель низкой частоты и второй детектор подключен к усилителю постоянного тока, соединенному с регистратором. Способ основан на зависимости частотных и амплитудных характеристик регистрируемых сигналов от количества и величины газовых пузырьков в скважинной жидкости. Зная эти величюты и определив концентрацию свободного газа в скважинной. жидкости, определяют газовый фактор скважинной жидкости. Способ реализуют следующим образом. В любой точке ствола скважины (или последовательно в Нескольких точках) поочередно возбуждают акустические колебания на нескольких частотах, но не менее четырех fj, fj, fa и f4.. Частота fj соответствует резонансной частоте собственных колебаний пузырьков газа наибольщих размеров, которые присутствуют в скважинной жидкости. Увеличивая интенсивность колебаний на этой частоте, определяют велнчщ1у акустического давления, при которой происходит разрыв скваж1шной жидкости - образуется кавитация, появление которой определяют по изменению характера излучаемого сигнала. Включают сигнал и в этой же точке скваж1шы возбуждают акустические колебания с частотой fa, которая соответствует резонансной частоте собстве1шых колебаний газовых . пузырьков наименьщих размеров, которые существуют в буровом растворе. Увеличивая интенсивность колебаний, определяют величину акустического давления, при котором возникает кавитация. Выключают этот сигнал и эти же операщ5и повторяют для акустических колебаний с частотой fj, которая соответствует среднему размеру газовых пузырьков. По результатам измерений определяют ту часть газового фактора, которая зависит от количества и размеров газовых пузырьков в гкважинной жидкости. Далее в этой же точке скважины возбуждают акустические колебания с частотой i, которая не менее чем в два раза меньще самой низкой резонансной частоты собственных колебаний пузырьков. Изменяя 1й теясивность колебалий, измеряют величину акустического давления, при которой возникает кавитация и определяют ту часть газового фактора, которая зависит от концентрации в жидкости свободного газа. Определение величины газового фактора по результатам измерений производят либо путем вычислений, либо по палеточным зависимостям, полученным на модельных установках. Возможно определение относительного изменения величины газового фактора в-функции глубины скважины в процессе непрерывного каротажа. С этой целью определяют газовый фактор

5 7

с помощью вышеперечисленных операций на sgfioe скважины. Затем возбуждают акустические колебания одновременно иа всех четырех частотах с интенсивностью ниже кавитациошюго порога бурового раствора и начинают перемещать скважинный прибор вдопь С1вол;а скважины. Изменение характера одного из четьфех излучаемых сигналов (или всех вместе) свидетельствует об увеличении газового фактора и о характере изменения газосодержания в скважицной жидкости - увеличении числа, размера газовых пузырьков или концентрации свободного газа.

На чертеже изображена блок-схема устройства, реализующего способ.

Устройство состоит из скважйнного прибора 1, соединенного через каротажный кабель 2 с наземной панелью. Скваж1шный прибор содержит четыре магнитострикционных излучателя И1И2ИзИ4 и блок 3 электроники, который состоит из четырех задающих генераторов, схемы регулирования мощности излучения, схемы коммутирования каналов и четырех регулируемых усилителей мощности для возбуждения соответствующих излучателей, соединенных также через схему коммутирования каналов с наземной панелью через каротажный кабель (на чертеже не обозначены). Наземная панель включает блок 4 управления коммутатором и схемой регулирования мощности излучения в скважиниом приборе, усилитель 5 полного сигнала, детектор 6, усилитель 7 низкой частоты, второй детектор 8, усилитель 9 постоянного тока, регистратор 10 и контрольный прибор И (ламповый вольтметр)..

Конструктивно излучатели в скважинном приборе располагаются как можно ближе друг к другу, но не ближе, чем на расстояние одной полуволны (3 см) из-за искажения ближнего поля давлений. Это условие связано с единстве1шостью измерений в одной точке исследования и определяет точность измерения газового фактора в единичном объеме скважины.

Устройство работает следующим образом.

Скважинный прибор устанавливается в выбранную точку исследований. Из блока 4 управления коммутатором в скважинном приборе отключаются от схем возбуждения и регистрации преобразователи ИгИзИ. Излучатель И} возбуждают в непрерывном режиме на частоте, соответствующей собственной резонансной частоте колебаний газовых пузырьков наибольщих размеров. Изменяя из блока 4 интенсивность колебаний, определяют момент появления кавитации в скважинной жидкости. При достижении пороговой амплитуды Давле11ил кавитационные щумы наряду с отраженным от акустических каверн сигналом попадают на излучатель,

преобразуются в электрические колебания и хаотически модулируют возбуждаиицее напряжение на излучателе. Этот модулированный сигнал подается по кабелю в наземную панель, где усиливается широкополосным усилителем 5 детектаруется на детекторе 6 и каскадами 7-9 формируется в импульс постоянного тока, который поступает на регистратор 10 и контрольный прибор 11. По градуировочной ишале из(«еряется величина акустического давления Р|. Затем из блока 4 в йаземной панели отключается преобразователь Hi в скважинном приборе и поочередно подключаются в возбуждаются излучатели на частотах, соответствующих собственным резонансным частотам колебаний газовых пузырьков наименьших и промежуточных размеров - fi, fj, а также на частоте f4 не менее, чем в два раза меньшей, чем частота fi. Изменяют интенсивность излучения каждого преобразователя и в момент появления кавитации по градуировочной шкале измеряют величины акустических давлений р2, РЗ, Р4. по. которым определяют количество газовых пузырьков наибольишх, наименьших и промежуточных размеров, а также концентрацию свободного газа в скважинной жидкости.

Предлагаемые способ и устройство для акустического каротажа позволяют определять газовый фактор в скважине в процессе непре-рывяого каротажа и повысить эффективность исследований.

Формула изобретения

1.Способ акустического каротажа, включаюидий возбуждение на нескольких частотах

и регистрацию упругих колебаний в скважине, отличающийся тем, что, с целью измерения газового фактора жидкости в скважинных условиях в процессе непрерывного каротажа, в каждой точке измерений возбуждают колебания поочередно на четырех частотах, одна из которьк в два или более раз Меньше резонансной частоты соЙсТветых колебаний газовых Пузырьков наибольщих размеров, а другие - соответствуют резонанснь1м частотам собственных колебаний пузырьков наибольших, наименьших и промежуточных размеров, изменяют интенсивность колебаний, определяют величину акустического давления, при котором образуется кавитация, и по количеству и ра мерам газовых пузырьков и концентрации свободного газа определяют газовый фактор скважинной жидкости.

2.Устройство для его осуществления по п. 1, включающее скважинный прибор, содержащий электроакустические излучатели, прием