Способ акустического каротажа нефтяных и газовых скважин Советский патент 1982 года по МПК G01V1/44 G01V9/00 

(54) СПОСОБ АКУСТИЧЕСКОГО КАРОТАЖА НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН

I

Изобретение относится к промыслово-геофизическим исследованиям, а именно к способам акустического каротажа по затуханию при исследовании нефтяных и газовых скважин.

Известен способ акустического каротажа скважин, заключающийся в приеме акустического сигнаша приемником, расположенным на некотором расстоянии от излучателя по оси скважины, и последующей регистрации максимальной амплитуды сигнала во временном окне 1.

Однако регистрируя только максимальную амплитуду акустического сигнала, которая подвержена влиянию многих мешающих факторов расцентровка прибора, нестабильность излучателей и приемников, . глинистой корки и бурового раствора и его загазованности и т.д.) проницаемость горных пород, пересеченных скважиной, определить практически невозможно.

. Известен также способ акустического каротажа скважин, заключанмцийся в измерении интервального времени прихода и коэффициентов затухания продольных и поперечных волн акустического сигнала. По интервальному

1времени определяется коэффициент пористости горных пород, а данные о затухании волн в ряде случаев являются дополнительным признаком, используемым для качественной оценки трещиноватости и реже для насыщенности горных пород .

Однако такой способ не позволяет определять проницаемость пород-кол10лекторов, так как коэффициенты затухания имеют сложные и не явно выраженные связи, в частности с вязкостью флюида; заполняющего поровые каналы, коэффициентами внутреннего трения и фильтрационными свойствами пористых сред по отношению к упругому импульсу, форме и длительности периодов принимаемых сигналов.

Наиболееблизким к изобретению

20 является способ акустического каротажа нефтяных и газовых скважин,основанный на излучении и приеме акустического сигнала, измерении амплитуд его первых трех полупериодов в

25 цуге колебаний продольной или поперечной волны и оценке проницаемости горных пород, В этом способе регистрируют параметр 1. ,равный отношению суммы амплитуд второго и третьего

30 полупериодов колебаний к амплитуде первого полупериода продольной волны, принятого акустического сигнала По параметру I, характеризующему форму волны как измерение влияния потерь энергии колебаний раздроблен ной (гранулярной) среды на постоян ный импульс, определяют проницаемость горных пород. В данном случае размельченная среда представляет собой насыщен-, ную пористую среду, а импульс является звуковым. Предполагаемым источником потерь является относитель ное дви кение твердого вещества и флюида, поскольку в консолидированной пористой среде рассеяние энергии , обусловленное трением твердого вещества-твердое весдество или жидкости-жидкость, всегда меньше чем рассеяние энергии, Обусловлен ное трением твердого вещества-Флюида. В среде с постоянной по ркстостьго и насыщенностью рассеяние энергии увеличивается с проницаемостью. Выясним, от каких характеристик зависят потери энергии в консолиди ванной пористой среде, а следовательно, и .ее проницаемость, опреде ляемая параметром аг + а где а - амплитуды первого, второг и третьего полупериодов. Представим закон изменения сигн ла в регистрируемом цуге колебаний в виде а.г .Л (1-1 ) cos ct/t, D амплитуда излученного импу са; с - линейный коэффициент затухания;1 - расстояние от излучателя д приемникаJ (f временный коэффициент зату хания . Исходя из этого. получи 1 -eft -сГг/2. -Л т - 2-1 (11 i,J , С Vi Если а,- a тплитyдa первой, фазы 2-1-П 1-1 Г с 1 больших значений cf получим и - 2, Для малых значений cf ,рас крывая неопределенность типа О/О (нуль на нуль) и применяся правило Лопиталя, получим: при if - О Таким образом, коэффициент Т, з висит от временного коэффициента з тухания «5 и периода колебаний Т,П постоянном Т диапазон изменения 1с (Ь ) от сГ лежит в пределах 2 8 „ Причем закон изменения 1с носит экспоненциальный характер (фиг. 1, кривая 1). Так как показатель в прямо пропорционален коэффициенту внутреннего, трения К.р и обратно пропорционален массе m или плотности (ff }(f к pJ2y, увеличению jf соответствует увеличение внутреннего трения двухфазной среды при постоянной плотности или незначительном изменении плотности, а при постоянном коэффициенте внутреннего трения увеличение (f обусловлено уменьшением плотности. ,Цля оценки проницаемости более подходящим является перввлй случай, как наиболее полно отражающий петрофизическую модель пористых отложений горных пород гранулярного типа, поровое пространство которых заполнено идеальной жидкостью. Второй случай характерен для оценки насьпденности пористых сред. По известному способу параметр 1.. , ino которому оценивают проницаемость теря.ет чувствительность при увеличении (f г а следовательно, и при увеличении проницаемости, в частности для значений d |2-(-3) , т.е. к диапазону, характерному для большинства горных пород.Таким образом, низка точность определения проницаемости горных пород ввиду малой дифференциации регистрируемого параметра IP для реальных f , Кроме того, чувствительность параметра 10 к сГ снижается из-за того, что излученный в среду упругий импульс имеет свой временной коэффициент затухания, обусловленный собственной импульсной характеристикой излучателя. Цель изобретения - повышение точности и достоверности каротажа. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу акустического каротажа нефтяных и газовых скважин, основанЕТому на излучении и приеме акустического сигнала, измерении амплитуд его первых трех полупериодов в цуге колебаний продольной или поперечной волны и оценке проницаемости горных пород, излучают в породу упругий импульс синусоидальных колебаний с прямоугольной огибающей, дополнительно измеряют ai-шлитуду четвертого полупериода сигнала, а проницаемость и насыщенность горных пород оценивают по логарифмическому декремент-у затухания, определяемому по формуле аи. - a-t V (fT In ал - а. где а, - амплитуды первого, второго, третьего и четвертого полупериодов колебаний соответ ственно, где f - временной коэффициент зату хания. Сущность способа заключается в следующем. Амплитуды четырех полупериодов к лебаний первых вступлений продольно или поперечной волны могут быть записаны в виде а а ёхр{- oil) tl -ехрС- (ft) а; а„ехр(- 1) LI - exp(-cf) (t+I а a expC-ctl) tl-expC-cOCt Z-X а. aoexpC- tl)CI-exp() (t-ьЗ.Г После преобразований получают вы ражение для логарифмического декремента затухания V (Гг In f а - а Параметр V сГ-Т для постоянного Т оказывается прямопропорционален (f и эта зависимость носит линейный характер (кривая 2 на чертеже). ТаКИМ образом, при оценке проницаемос ти горных пород по логарифмическому декременту затухания V повышается точность ее определения. Способ осуществляется следующим образом. При акустическом, каротажеизлучателем скважинного прибора излучаются акустические импульсы, носящие характер радиоимпульса. На некоторо расстоянии по оси скважины (на зонда) они принимаются приемником с компенсированной импульсной характеристикой, преобразуются в . электрические сигналы, усиливаются и передаются по кабелю на поверхность. В наземной аппаратуре измеряются амплитуды первых четырех полу периодов цуга колебаний продольной или поперечной волны, измеряется отношение разности амплитуд второго и первого полупериодов к разности четвертого и третьего полупериодов и регистрируется значение натурального логарифма отношения разностей. Одновременно измеряется время между началом первого и концом четвертого полупериодов, значение натурального логарифма делится на половину измеренного интервала времени и результат деления также регистрируется на диаграмной бумаге в функции глубиць положения скважинного прибора. Таким образом, получают диаграммы логарифмического декремента -затухания и коэффициента временного затухания акус тического сигнала по стволу скважин ы . По полученным диаграммам оценивают проницаемость горных пород, пересеченных скважиной. Использование изобретения повьниа:ет точность-., определения проницаемости горных пород за счет регистрации на диаграммной бумаге параметров, в значительной степени коррелируемых с проницаемостью пластов, что позволяет существенно повысить эффективность пр01 ислово-геофизических работ за счет сокращения времени на обработку и интерпретацию материалов каротажа при определении продуктивности выделенных горизонтов и оценке их. дебита. Формула изобретения Способ акустического каротажа нефтяных и газовых скважин, основанный на излучении и приеме акустического сигнала, измерении амплитуд его первых трех полупериодов в цуге колебаний продольной или поперечной волны и оценке проницаемости горных пород, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и достоверности каротажа, излучают в породу упругий импульс синусоидальных колебаний с прямоугольной огибающей, измеряют амплитуду четвертого полупериода сигнала, а про- . ницаемость и насыщенность горных пород оценивают по логарифмическому декременту затухания, определяемому по формуле . V (Гт in . 4 3 где {f - временной коэффициент затухания;а ,-- амплитуды первого, второго, третьего и четвертого полупериодов сигнала соответственно, где i 1 - 4f Т - период колебаний. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США W3512407,КЛ.73-152, опублик. 1970. 2.Ивакин Б.Н.,.Карус Е.В. и Кузнецов О.Л. Акустический метод последования скважин. М., Недра, 1978, с. 279-281. 3.Transaction of the SPWLA NineteenthAnnual Logging Simposium F.Lebreton, G.P.Sarda, F.Trocqueme, P.Morlier, Loggingrests in Porous Media to Evaluate of the their permeability on acoustic Waveformes.) Houston/ Texas, USA, 1978, June, p.13-16 (прототип).

с.22гоW IS

/«J

itw

8

6«