Способ с.м.вдовина акустического каротажа Советский патент 1980 года по МПК G01V1/48 

Изобретение относится к области промь1слово-геофизических исследований необсаженных нефтяных и газовых скважин и решает задачу повышения эффективности исследований акустическим методом, а более конкретно, позволяет повысить точность измерений при регистрации в процессе каротажа таких геолого-геофизических характеристик горной нороды, пересекаемой сквахотой, как коэффициент общей, эффективной и вьтолненной пористости, тип порозапоянителя, тип пористости, интервал глинистой корки на стенке скважины, интервал зоны проникновения фильтра бурового раствора в породу, тип горной породы (литологическое расчленение разреза), а также позволяет повысить однозначность и достоверность результатов при вьщелении тектонических нарушений, пачек тонкопереслаивающихся горных пород при определении углов наклона пластов, соля:,.ных куполов И куполовидных скоплений глин

.;-и т.д.,.

Известен способ акустического каротажа по скорости, в котором измеряемой величиной является время распространения (интервальное

время) ультразвуковых импульсов по горной породе на базе излучатель-приемник или на базе между двумя приемниками (излучателя,ми) 1.

В результате исследования .регистрируют на каротажных диаграммах в функции глубины скважины времена распространения упругих волн по горной породе и по величине и относительному изменению этих параметров интер10претируют результаты каротажа - определяют коллекторские и геологические свойства пород, пересекаемых, скважиной. Из всех особенностей, определяющих горное тело как конкретную породу, на величину времени распростра15нения упругой волны преобладающее влияние оказывает пористость, структура и состав (при одних и тех же внехших условиях и при одинаковом заполнителе пор). Отсюда создается возможность определять указанным акустичес20ким способом такую важнейшую характеристику коллектора, как пористость, а также ряд геологических характеристик -- литологическое расчленение разреза, стратиграфическую привяз3 7 ку горизонтов, угол наклона пластов, тектоннчёские нарушения и т.д. ОпрёДеГлениё пЬрйЙбсти порбд по измеренной величине времени распространения (интервального времени) упругой волны осуществляется в процессе интерпретации расчетаым путем по уравнению среднего времени. 71ля определения пористости с помощью данного способа необходимо Знать кроме из 6 mftSiS€m4m mwp&snb()T6 epefitewtHm интервальной скорости распространения продол ной волны интервальное время или скорость распространения продольной волны во флюиде, заполняющем поровое пространство, и в твердой фазе породы (минеральном скелете), которые не меняются в процессе каротажа. Отсутствие точных значений времен (скоростей) распространения волны во флюиде и твердой фазе приводит к погрешности в определении коэффициента пористости, равной 400% и более, что делает способ малокоэффициентным и требует привлечения результатов других исследований, например анализ, керна,. НГК, ИК и тд. Известен также способ акустаЧёС ГбгО каротажа по скорости (времени) распространения упругой волны по горной породе, пересекаемо скважиной 2. .. v Способ заключается в следующем.В процессе непрерывного каротажа в скважине возбуждают и регистрируют акустические колебания, измеряют на фиксированных рассто яниях времена распростране шя (интервальное время) продольной упругой волны по горной породе, преобразуют величины времен в элект рические сигналы, которые регистрируют на каротажных диаграммах в функции глубины скваяашы и определяют коллекторские и геологические свойства пород в процессе интерJ-...ri т.- ..-.-,,..--. , --...- - ---- -.. - .- .. .ЛЧ-Ло-Л в- в й -.,.,.,--/, претации временных диаграмм. Определение пористости горных , пересекаемьгх скважиной, осуществляют по уравнению среднего времени. Применение этого уравнения предполагает зна:ние трех величин: интервального вре мени пробега продольной волны в исследуемом пласте At, времени пробега по твердой фазе горной породы (в минеральном скелете) At и в заполняющей поры жидкости А At - At, К„ 4 4 , в процессе каротажа по данному способу ; измеряется только интервальное время распростра11ения продольной волны в йсследуёмбм пласте At. Значение At представляет собой величину интервального времени в идеализм,--.,,-т.-..--. . . ,-- -.-, . -..-.- --„- ..- --. ..:i.;--ix,.-..i.-ii:,;-i,i.,«-.4J..:ii..-- . рованной сцементированной породе с нулевой пористостью. В зависимости от предполагаемо - ;4--7 литологического характера пласта при расчете пористости выбирается соответствующее зна/ение At.j. по табличным данным; В тюлиминеральных породах, если известно примерное содержание компонентов, слагающих минеральный скелет, в расчетах используются средневзвешенные значения At,j. Уточнение величины . проводится сопоставлением интервального времени At с удельным сопротивлением водонасыщенных пород. Для сопоставления пользуются графиком, по оси абсцисс: которого построена линейная шкала At, а по оси ординат - функциональная шкала р для удельного сопротивлен11я. На график наносят точки, соответствующие различным парам значений At-Pj. Через точки проводят осредняющую прямую, которая отсекает на оси ородинат значение интервального времени Atj. Уточнение величины At., проводится сопоставлением интервального времени At со зйаЧёнйялй пористости, полученнь1ми по результатам какого-либо другого метода (НГК, электрического каротажа). Для этого на график;-с линейными цпсалами наносят точки, соответствующие определенным парам значений At-Kj,, Через точки проводят осредняющую прямую, пересечение которой с ординатой Kj,- О дает значение интервального времени At.j.. Если пористость изменяется незначительно, то для каждого пласта подсчитывают. - 1 - К„ И найденные значения, At.j. осредняют. Уточнение величины At.. проводится также сопоставлением интервального времени со значениями пористости, определенными на керне. Способ можно применить при сплошном отборе керна в значительных интервалах i при условии высокого выноса его и хорошей привязки по глубинам. Таким образом, при определении по-. ристости предполагается достоверное знание литологического характера пород-или привлечение результатов других исследований с последующим, довольно трудоемким, графическим или математическим расчётом величины At. Ошибка в определении At.. может привести при определении пористости к ошибке равной 400% и более. Например, скорость продольной волны в слабо сцементированных песчаниках изменяется от 1700 до 2500 м/с с отдельными отклонениями в еще меньшую или еще большую сторону, а скорость в кислых разностях кристал- - . ЛйЧёсКих Пород - от 3500 до 7000 м/с. При ошибочном представлении литологии разреза вместо At.j. 600 мкс/м Может быть выбрано At 1-50 мкс/м и ошибка при определении Kji составит 400 (при точном определении 57 Atj) или вместо At ЗОО мкс/м (для кристаллических пород) может быть-выбрано At 150 мкс/м и ошибка составит 200%. Величину интервального времени в поровой жидкости Atj выбирают равной 600 мкс/м на основании широкого опробования данного способа акустического каротажа в различных районах, сопо-. ставления материалов АК с данными других методов и результатами анализов кернов. Таким образом, указанный способ определения пористости характеризуется ошибкой, зависящей от правильного выбора скорости в твердой формации Cj и BD флюиде С. В диапазоне пористости, обычном для осадочных отложений (0-40%), ошибка из-за неправильного выбора С незначительна. Оценка насыщенности коллекторов с помощью данного способа акустического каротажа возможна только с п{)ивлечением результатов злектрического каротажа. Выделение трещинных коллекторов производится по уменьшению измеренного интервального времени продольной волны, однако способ малозффективен, так как занижение At соизмеримо с погрешностью его измерения по АК. Литологическое расчленение разреза по скороети продольной упругой волны эффективно лищ в гидрохимических осадках - ангидридах, гипсах, каменной соли. Однако из-за сильного вли яния на величину измеряемого интервального времени пористости пород и других мешающих факторов, каротаж по скорости упругой волны практически не нашел применения при решении геологических задач. Цель изобретения - повышение эффективности исследований за счет возможности регист рации в процессе каротажа геолого-геофизических характеристик горных пород. Поставленная цель достигается тем, что измеряют критические углы образования упругих волн, например сканированием диаграммы направленности приемного устройства в скважинном приборе, преобразованием угла поворота диаграммы в электрический сигнал и измерения его величины в момент регистрации наибо1 ьщей амплитуды, измеряют время распространения упругой волны в скважинной жидкости и в каждой точке скважинных исследований определяют времена распространения продольной и поперечной волн по твердой фазе (минеральному скелету) горной породы и. по полученным данным определяют коэффициент эффективной пористости горных пород и их структурный фактор, непрерывно сравнивают его с характерными вели шнами для различных типов пористости и определяют тип t Шристоета пород, непрерБ1Вно сравнивают ве личину измеренного времени распространения упругой волны по горной породе с измерен;:ным временем ее распространения по твердой 4 фазе и определ5пот наличие глинистой корки на стенке скважины. Физическая основа предлагаемого способа акустического каротажа заключается в следующем. В акустическом каротаже по скорости измеряемой величиной является ремя распространения t (интервалшое время At) упругой волны по горной порбде, пересекаемой скважиной. Это время при одних и тех же внешних условиях (давление, температура и т л.) зависит от пористости и состава горной породы, а также от типа порозаполнитеяя. В связи с этим возникает неоднозначность при определении как коллекторских свойств пород (Пористости,типа флюида), так и геологических (литологическое расчленение разреза, вьщеление тектонических нарушений, определение утла наклона Пластов и т.д.). Коэффициент пористости пород определяется по уравнению среднего времени At - At - где At - измеряемое при каротаже интер(, вальное время распространения продольной волны по горной породе; интервальное время распространения продольной волнь1 по твердой фазе породы; интервальное вреМя распространения продольной волны по поровой жидкости. Из уравнения среднего времени (1) может быть получено выражение для определения коэффициента пористости по -интервальному времени распространения поперечной волны оо At At (m-1)AtS измеряемое прн каротаже интервальное время распространения поперечной волны по горной породе; интервальное время рйспространения поперечной волны по твердой фазе цороды; m - структурный фактор. Известно, что величина критического угла р образования упругой волны в скважине пределяется отнощением скоростей ее распротранения на границе раздела скважинная жидость - горная порода, т.е. скоростями волнь бесконечно тонких потранкчкых Это, свою лчередь, позволяет, измерив величину ( , , угла образования волны и ее скорость в скважинкой жидкости, определить скорость распространения (интервальное время) упругой волны по твердой фазе горной породы (по бесконечн тонкому пограничному слою породы), а не по всему породы, включающему перовое пространство, заполненное флюидом. В случае трещинного коллектора угол падения упругой валны на акустический приемник не зависит от ее скорости распространения в горной породе и практически равен нулю. Это, в свою очеред дозволяет по величине угла образования упругой волны вьщелять в разрезе скважины трещинные коллекторы. Сущность предлагаемого способа акустического каротажа заключается в следующем. В скважине возбуждают и регистрируют акустические колебания, измеряют на фиксированных расстояниях интервальные времена At и At распространения продольной Р и поперечной S волн,. измеряют критические углы образования-волн, например с помощью непрерывного сканирования в секторе критических углов диаграммы направленности остронаправленного приемного устройства, расположенного на оси скважины, и преобразования угла поворота диаграммы в электрический сигаал в момент регистращ1И наибольщей амплитуды, измеряют интервальное время At(, расирост. ранения продольной волны в скважинной жидкости, определяют интервальные времена Atj. At распространения Р и S волн по твердой фаЗе горной породы Т скв.ж и далее определяют коэффициент К эффективной пористости горных пород .-(1 - Вт/} кр определяют структурный фактор m горных пород скв.ж-К -1 + At - At .- .ж- сравнивают его с величинами m, характерными для гранулярной, кавернозной и трецдановатой пористости и определяют тип пористости, сравнивают величину интервального времени At .8 распространения продольной волны по горной породе с величиной интервального времени А ее распространения по твердой фазе породы и определяют наличие глинистой корки на стенке скважины из условия АЧ Ч где At - интервальное время распростране ния продольной волны по глинистой корке. При технической реализащт предлагаемого способа, в зависимости от структуры зонда скважинного прибора и технического исполнения всей аппаратуры, в процессе каротажа можно измерять время распространения Зпругой волны или ее скорость. В этомслучае выражения (3), (4), (5) и (6) преобразуютсоответствующим образом. Определение величины пористости горной породы можно проводить не только по уравнению (5), то также по любой другой зависимости Kjj f (с, с ). В процессе каротажа все измеряемые и определяемью величинь преобразовывают в электрические сигналы, а все операции с электрическими сигналами осуществляют непрерьшно в реальном масщтабе времени в каясдой точке исследования скважины, например при импульсном каротаже, за время между двумя импульсами излучения акустической энергии, и, таким образом, в процессе непрерывного каротажа регистрируют в функции глубинь; скважины следующие параметры: коэффициент эффективной пористости горной породы К, . тип пористости (гранулярный, кавернозный, трещиноватый или смещанный), интервал глинистой корки на стенке скважины и интервальные времена At и At распространения продольной ,и обменной поперечной волны по твердой фазе горной породы, пересекаемой скважиной. Возможна также регистрация в процессе каротажа типа горных пород (литологическое расчленение разреза) путем сравнения интервальных времен At.|. и At с их характерными величинами для различных классов пород. По диаграммам At и At в процессе интерпретации осуществляют статиграфическую привязку горизонтов, выделение тектонических нарущенйй, пачек тонко переслаивающихся горных пород и определение угла наклона пластов, соляных куполов и куполовидных скоплений глин. РецюнИе данньр; геологических задач достигается по из1 естым методикам, при замене в них скорости распространения упругой волны по горной породе на ее скорость в твердой фазе породы. В зависимости от необходимой точности исследования, известных геологических особенностей разреза и первоочередной важности той или И.НОЙ задачи, предлагаемый споСоб аку тического каротажа можно дополнять друтими совокупностями и последовательностями опера ций. Например, измеряют время распространения поперечной обменной волны по твердой фазе горной породы, задают величину структурного фактора (например для песчано-глинистого ра реза), определяют коэффициент общей пористости горной породы (m-l)-At; измеряют время распростране1шя продольной волны по твердой фазе горной породы, определяют время распространения продольной вол ны по флюиду, заполняющему поровое пространствол t.А о-К сравнивают его с величинами времени, характерными для пластовой воды, нефти и буро вого раствора и регистрируют на каротажной диаграмме в функции глубины скважины тип порозаполнителя, а также налитое зон проникновения фильтрата бурового раствора в горну породу при выполнении условия В другом варианте каротажа измеряют вре мена распространения продольной At и поперечной At волн по горной породе и по ее твердой фазе At и At , задают величину структурного фактора т, определяют коэффициент К.° общей Пористости горной породы по выражению (7), определяют коэффициент эффективной пористости горной породы по выражению (4), определяют коэффициент -JJвыполненной пористости .f ВЫП 1 общ1 эф . - .и непрерывно регистрируют на каротажной диаграмме в функции глубины скважины все три коэффициента - к;, К, В следующем варианте каротажа непрерывно сравнивают величинуизмеренного критического угла (р образования упругой величины с минимально возможной его величиной ,.для реальных горных пород и по их отнощению вьщеляют и непрерывно регистрируют на каротажной диаграмме в функции глубины скважины трещинныеколлекторы при выполнении условия -..кр/ кр -00 в указанных вариантах все измеряемые и определяемые величины также преобразовывают в электрические сигналы, а все операции с электрическими сигналами осуществляют непрерывно в реальном масн1табс времени. Таким образом, при технической реализации предлагаемого способа в процессе непрерывного каротажа, одновременно или в различных необходимых комбинациях, регистрируют в функции глубины скважины в аналоговом виде на каротажных диаграммах, в цифровом коде на магнитном носителе в виде букьопечати (например тип пористости, литологическое расчленение разреза и т.д.) следующие геолого-географические характеристики и параметры упругих волн: времена распространения (интервальные времена, скорости) продольной и поперечной волн по твердой фазе горной породы, коэффициент обиГЬй пористости горных пород, коэффициент эффективности пористости пород, коэффициент выполненной пористости пород, тип п&ристости (гранулярный, кавернозный, трещинный или смешанный), интервал глинистой корки на стенке скважины, тип горной породы (литологическое расчленение разреза), тип порозаполнителя (вода пресная, вода минерализованная, буровой раствор, нефть, бнтум), интервал зоны проникновения фильтрата бурового раствора в горную породу, интервал горной породы с трещинной порис- тостью. Устройство Для акустического каротажа по предлагаемому способу состоит из скважинного прибора, соединенного через каротажньп кабель с наземной панелью. Скважинный прибор содержит акустический зонд, в состав которого входят акустический изолятор, излучатель (излучатели), ненаправленный приемник (приемники) и направленный приемник (приёмники) с регулируемой диаграммой направленности, а также блок электроники, включающий схему сканирования диаграммой направленного приемника и измерения угла ее поворота в момент наибольщей амплитуды сигнала. Наземная панель содержит усилители, фильтры, синхронизатор, схемы измерения времен распространения продольной, и поперечной волк (от ненаправленного приемника) по горной породе, блок питания и регистратор, а также блок измерения времени распространения зшругой волны по буровому раствору (гидроволны), вычислители времен распространения продольной и поперечной волн по твердой фазе горной породы, задатчик сигнала пропорционального типу порозаполнителя, задатчнк сигнала пропоргшонального типу пористости породы, схему дешифровки сигналов по типу порозаполнителя, схему дешифровки си.гналов по типу породы, схему деижфровки сигналов о наличии глинистой корки, схему деишфровки сигналов о наличии зоны проникновения бурового раствора, схему де11шфрО1.кй сигналов о наличии трешигаюго коллектора, вычислитель . , . .1 .. ;74 коэффициента общей пористости, вычислитель коэффициента эффективной порйстоста, вычислитель коэффициента выполненной пористости, вь числйтель структурного фактора, вычислитель йременй распросфанения упругой волны по флю иду; заполняющему поровое пространство породы, и блок коммутации и управления задатта 1 :аКт,вТИисЛителями и дешифраторами сигнало Вычислитель угла поворота диаграммы направленного приемника также может быть расположен в наземной панели аппаратуры. Положительный эффект от использования данного устройства для акустического каротажа нефтяных и газовых скважин, выполненного по предлагаемому способу, заключается в повышении геологической эффективности исследо ванйй счет увеличения д6ст6 вернбсти,одно ЙЧнбУтй и точн5сТИ Определений Геолого-геофизических характеристик гсрнь1Х пород, пересекаемых скважиной, а такжеза счет опреде Шйияряда характеристик, ранее не определявших:ся ни в процессе ак устнческого каротажа, ТЖ Тпр1йнтёрпретаШи ёг6 рёЗультаТбГ,например коэффициента выполненной пористости, наличия глинистой Й Эркйна стенке Скважииы и зоны проникновеьшя фильтрата бурового раствора, природы жидкости, заполняющей поровое пространство горной порода и тд. ПоВЫШёние технико-экономического эффекта .достигается за счет одновпеменной регистрации Ж бдйуспусйо-пбДъёмную операций нескольки геолого-геофизическйх характёрийгик - сокращение объема исследований; за счет регистрации в процессе каротажа геолого-геофизических характеристик горных пород - сокращение времени на интерпретацию результатов и, -следо gaifieSblib; сокращение времени простоя скважины; при достаточной достоверности результатов , каротажа за счет возможного, исключения из обязательного комплекса исследований каротаж Друт-ими методами - сокращениеВремени на интерпретацию и простой скважины, что, в сво очереда, снижает стоимость работ на нефтяных и газовых скважинах. Формула изобретения Способ акустического каротажа, включающий возбуждение и регистрацию акустических колебаний в скважине, измерение на фиксированных расстояниях времен распространения упругих волн по горной породе и определение коллекторских и геологических, характеристик пород, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности исследований за счет возможности регистрации в процессе каротажа геолого-геофизических характеристик горных пород, измеряют критические углы образования упругих волн, измеряют времена распространения упругой волны в скважинной жидкости, в каждой точке скважинных исследований определяют времена распространения продольной и поперечной волн по твердой фазе горной породы, пересекаемой скважиной, и по полу1 енным данным определяют коэффициент эффективной пористости горных пород и их структурный фактор, непоерывно сравнивают его с характерными величинами для различных типов пористости и определяют тип пористости пород, непрерывно с эавНИВают величину измеренного времени распространения упругой волны по горной породе с измеренным временем распространения по твердой фазе породы и определяют налише глинистой корки на стенке скважины. Источники информации, приНятьш во внимание при экспертизе I, Авторское свидетельство СССР № 236388, кл. Е 21 В 47/00, 1967. /2. Методическое руководство по исследованию нефтегазовых скважин аппаратурой СПАК-2М (СГ1АК-2) и интерпретации диаграмм акустического каротажа. ВНИГИС., Октябрьский, 1974 (прототип).