Акустический метод при поиске и разведке нефти и газа

В используемой при АК установке излучатель посылает импульсы колебаний, состоящие из трех-четырех  периодов (6— 8 раз). График колебаний (волновой картины), воспринимаемых приемниками, изображен на рис.3,б. На графике отмечены колебания трудно разделимых волн: продольной P₀P₁P₀, поперечной P₀S_lP₀ и прямой Р₀, идущей по промывочной жидкости.

Аппаратура  АК дает возможность одновременно зарегистрировать: кривые кинематических Δt, t₁, t₂ и динамических α_АК, А₁, А₂ характеристик акустических сигналов; фазокорреляционные диаграммы (ФКД); волновые картины ВК дискретно через определенные интервалы (0,25; 0,5; 1 м) по глубине.

В общем  случае для интерпретации используют кривые: Δt, А₁ (или А₂) и α_АК. Кривые t₁ и t₂ служат для проверки качества записи Δt, а кривые А₁ и А₂ несут одинаковую информацию. Фазокорреляционные диаграммы (ФКД) и волновые картины (ВК) используют в АК для детальных исследований отдельных интервалов разреза. ФДК и ВК представляют собой графическое отображение электрических сигналов, снятых с электрических преобразователей П₁ и П₂. По ВК удается выделить волны различных типов и найти их кинематические и динамические характеристики для количественных определений параметров пласта. ФКД визуально отображают фазовые линии, соответствующие фазам определенной полярности, воспринимаемым приемником. ФКД являются источником информации о кинематических параметрах волн всех типов. На рис.4 изображены акустические сигналы, зарегистрированные различными способами.

Рисунок 4 . Форма записи акустических сигналов.

Во избежание  погрешностей в регистрации параметров аппаратура АК подвергается метрологическому контролю посредством измерения  Δt, α_АК, А₁ и А₂ в средах с известными значениями скоростей и затухания упругих волн (в стальных или алюминиевых трубах, заполненных водой, или в других переносных приспособлениях). В наклонных скважинах и при наличии каверн происходит перекос прибора АК относительно оси скважины, что ведет к погрешностям в измерении параметров Δt и α_АК. Для получения измерений более точных прибор АК центрируется в скважине.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.1Выбор оптимальной длины зонда АК

 Расстояние  между приемниками (база S) характеризует  разрешающую способность зонда.  Чем меньше база, тем более  тонкие слои могут быть выделены  на диаграмме АК. При необходимости  детального расчленения разреза  база должна быть меньше мощности  самого тонкого из интересующих  нас в разрезе слоев. В противном  случае кривая интервального  времени Δt искажается. Однако  уменьшение базы ведет к снижению  точности измерения и производительности  работ. От длины зонда L зависит  радиус (глубинность) исследования. Глубинность исследований при  АК на головных волнах по  скорости r_v и затуханию r_α возрастает с увеличением скорости V_P, снижением частоты волнового поля f и увеличением длины волны λ. Принято считать, что при частоте колебаний 25 кГц V_P и = 1500÷7300 м/с глубинность исследований в различных породах составит 0,12—0,6 м. В одинаковых условиях наблюдений r_α/r_v≥ 1,5.

Минимальную длину зонда принято рассчитывать по формуле

L_min=2r

 

где r — расстояние от рабочей поверхности элемента зонда до внешней границы зоны проникновения (радиус зоны проникновения); vп и vзп — скорости распространения упругих колебаний в породе и зоне проникновения соответственно.

Если  считать, что скорость распространения  упругой волны в зоне проникновения  и в промывочной жидкости 1600 м/с, радиус зоны проникновения при зонде, прижатом к стенке скважины, 0,5 м, то длина зонда при vп = 6000÷2000 м/с должна составлять 1,25 м.

Увеличение  длины зонда вызывает уменьшение разрешающей способности АК и  снижение дифференцированности кривой.

Расстояния  от излучателя до приемника и между  приемниками должны быть согласованы  с мощностью источника для  обеспечения уверенного выделения  первого вступления преломленных волн и точности приема сигналов, поступающих  от ближнего и дальнего излучателей. В практике для проведения стандартного АК в нефтегазовых скважинах применяются  трехэлементные зонды длиной 1,2—2 и  базой 0,1—0,5 м.

 

 

 

 

 

 

 

2.2Применяемая аппаратура и оборудование

Требования  к измерительным зондам АК:

1. диапазоны измерения Dt преломленных продольных волн – 120-660 мкс/м, поперечных – 170-660 мкс/м;
2. диапазон измерения коэффициента эффективного затухания по длине измерительного зонда – 0-30(40) дБ/м;
3. диапазон измерения амплитуд при эффективном затухании 0-40 дБ/м – 0-78 дБ/м в статическом положении прибора и 0-66 дБ/м при движении прибора в скважине;
4. пределы допускаемых основных относительных погрешностей измерения Dt и a - ± 1-3 и ± 12,5% соответственно;
5. дополнительные погрешности измерения Dt, А, a, вызванные изменениями напряжения на ±10%, давления на 1 МПа, температуры на 10°С относительно стандартного значения, равного 20°С, не должны превышать 0,3; 0,01 и 0,1 значений основных погрешностей  соответственно.

Модуль АК комплексирует с любыми другими модулями при условии, что механическое соединение модулей не нарушает центрирование измерительного зонда.

Коэффициент усиления электронной  схемы скважинного прибора выбирают таким образом, чтобы в диапазоне  оцифровки акустических сигналов сохранялся минимальный уровень шумов, вызванных  движением прибора, а сигналы  регистрируемых волн (либо одной выбранной  волны) не ограничивались. Правильность выбора контролируется по экрану монитора, на котором отображаются волновые пакеты всех двухэлементных зондов, фазокорреляционные диаграммы (ФКД) одного или двух зондов и значения Dt в текущей точке исследования.

Необходимость выполнения нескольких записей с разными коэффициентами усиления для неискаженной регистрации  амплитуд и затухания упругих  волн разных типов определяется эксплуатационной документацией на скважинный прибор.

Скорость каротажа – не более 1000 м/ч.

 

Модуль АК-М

1. Назначение

Скважинный прибор (модуль) акустического каротажа АК-М (в дальнейшем- модуль) предназначен для проведения исследований нефтяных и газовых скважин диаметром от110 до300мм, заполненных водной промывочной жидкостью. Обеспечивает решение широкого круга геофизических задач методом акустического каротажа, позволяет определить параметры упругих волн всех типов (продольных, поперечных и волн Лэмба - Стоунли ) и выполнить контроль цементирования скважин.

2. Данные  по аппаратуре

Модуль позволяет проведение исследований в скважинах при температуре  до120 °С ис гидростатическим давлением до 80 Мпа в комплексе с прогаммно-управляемой каротажной станцией МЕГА и трехжильным каротажным кабелем типа КГ-3-60-180 длиной до 6000 м.

Рисунок 5. Модуль АК-М

 

Формула зонда модуля – И 2.2 П1 0.4 П2(см рисунок)

Напряжение питания модуля – (40±2)В  по первой жиле кабеля. Сила электрического тока потребляемая модулем в режиме излучения (160±20) мА, в режиме ожидания - (60±20) мА.Излучатель акустического зонда модуля имеет два режима излучения – НЧ (низкая частота) и ВЧ (высокая частота). Средняя видимая частота излучаемых упругих колебаний, создаваемых излучателем, измеренная в металлической трубе по первым трём полупериодам волнового пакета, - (12±3) кГц при работе в режиме НЧ и (22±5) кГц при работе в режиме ВЧ. Модуль обеспечивает: 4-х ступенчатую регулировку уровня сигнала , измерение интервального времени дельтаT в диапазоне от 120 до 660 мкс/м и кажущегося коэффициента затухания  в диапазоне от 0 до 30 дб/м . Работа модуля основана на возбуждении упругих колебаний и их приеме после прохождения ими исследуемой среды с целью определения кинематических и динамических параметров этих колебаний связанных с характеристиками среды пересеченных скважиной. Возбуждение упругих колебаний осуществляется с помощью расположенного в модуле магнитострикционного двухчастотного излучателя.Прием упругих колебаний осуществляется с помощью двух поочередно работающих пьезокерамических звукоприемников, разнесенных по длине модуля на величину базы акустического зонда. Поступившие на звукоприемник упругие колебания преобразуются в колебания электрического тока – информационный сигнал (волновой пакет), который усиливается и вместе со служебными сигналами (синхроимпульсы и т.д.) передается по геофизическому трехжильному кабелю на регистратор. Обмен информацией между скважинным прибором и каротажной станцией осуществляется по протоколу «Манчестер». Пакеты управляющих импульсов, соответствующих этому протоколу, формируются в ADSP 350h станции МЕГА и через БУСП поступают на 2-ю и 3-ю жилы кабеля и далее, в скважинный прибор. Ответные посылки от скважинного прибора, в соответствии с протоколом "Манчестер", следуют в паузах между посылками запросов по тем же жилам кабеля.

Габаритные размеры  5700 мм

диаметр 90 мм

длина с гибкой вставкой 7000

Масса, кг 107

Прибор АКВ-1

1.Назначение 

Аппаратура  акустического каротажа АКВ-1 предназначена  для регистрации волновых картин и измерения интервальных времен, амплитуд и затуханий всех типов  упругих волн (продольных, поперечных, Лэмба-Стоунли) в необсаженных и  обсаженных колонной нефтяных и газовых  скважинах диаметром от 110 мм до 300 мм .

2.Данные по аппаратуре

Зондовая  установка включает магнитострикционный излучатель упругих волн с частотой излучения 12±3 кГц и 22±5 кГц и шесть широкополосных пьезокерамических приемников упругих волн.

Формулы зондов - И(1.5)П1(0.2)П2 (0.2)П3;

И(1.5)П1(0.2)П2 (0.2)П3 П4(0.2)П5 (0.2)П6;

И(1.5)П4(0.2)П5 (0.2)П6(0,5)П1(0,2)П2(0,2)П3;

Излучатель  может работать в следующих режимах: НЧ (низкие частоты), ВЧ (высокие частоты) и ВНЧ, когда излучатель упругих  волн поочередно работает в режимах  НЧ и ВЧ.

Аппаратура  АКВ-1 обеспечивает преобразование a в диапазоне 0-30 дБ/м.

 

Характеристика прибора и условие применения:

 

Длина скважинного  прибора .....................................................................6470 мм.

Максимальный диаметр .................................................................................73 мм.

Масса прибора ..................................................................................................94 кг.

Приемник  упругих волн ............................................................пьезометрический

Источник  упругих волн .....................................................магнитострикционный                                                                                         

Допустимая  относительная погрешность в пределах диапазона измерений: - по DТ..............................................................................................................3 %  

по a................................................................................................................±5 дБ/м.

СПАК-6

1. Назначение.

Аппаратура  акустического каротажа СПАК-6 предназначена  для измерения и регистрации  кинематических и динамических характеристик  упругих волн в нефтяных и газовых  скважинах. 

2. Данные  по аппаратуре.

Аппаратура  обеспечивает исследование скважин  диаметром от 140 до 400 мм с температурой до 115 °С, с гидростатическим давлением до 100 МПа, в водной промывочной жидкости.

Аппаратура  эксплуатируется с трехжильным  геофизическим кабелем типа КГ3-60-180 длиной до 5500м.

Формула зонда И₂  0,4  И₁ 1,2  П. Схема прибора изображена на рисунке.

 

Рисунок 6.Схема  прибора СПАК-6

 

Частота излучаемых колебаний - 25 кГц.

Передача  информационного сигнала на наземный измерительный пульт осуществляется по первой и второй жилам кабеля. Передача напряжения частоты 400 Гц для  питания скважинного прибора  осуществляется по средней точке  цепи, образованной первой и второй жилами кабеля, согласующим трансформатором  скважинного прибора и броней кабеля. По третьей жиле и броне  кабеля осуществляется передача в скважинный прибор пусковых импульсов и постоянного  напряжения для управления переключателем усиления, а также передача синхроимпульсов  на скважинный прибор.

Диапазон  измерений интервального времени DТ от 140 до 600 мкс/м. Диапазон измерений декремента затухания a не менее 30 дБ/м.

Сопротивление первой и сопротивление второй жилы кабеля по отношению к  оплетке  кабеля должны быть равны между собой  и примерно соответствовать сопротивлению  одной жилы на данной длине кабеля. Сопротивление первой жилы кабеля по отношению ко второй жиле должно быть равно сопротивлению двух жил  кабеля. Сопротивление третьей жилы кабеля по отношению к корпусу  должно быть порядка 3,5 кОм.

3Форма кривой при акустическом каротаже, определение границ пласта

  

При акустическом каротаже измеряется скорость распространения  упругих волн в породе на интервале  базы зонда. Породы, залегающие за пределами  базы, не влияют на измеряемые величины.

Рассмотрим  форму кривых АК для одиночных  пластов различной мощности, находящихся  в однородной вмещающей среде. Кривые получены для трехэлементного зонда, точка записи отнесена к середине его базы S. В качестве существенных значений на кривых акустического каротажа принимают точки у основания  аномалии максимума или минимума и точки прогиба. В целом при  акустическом каротаже пласт, залегающий в однородной среде, отмечается на кривых симметричным максимумом или минимумом.

Мощный  пласт (мощность пласта h больше базы трехэлементного  зонда S) характеризуется симметричной аномалией. Ширина аномалии между точками  отклонения кривой равна сумме мощности пласта и базы зонда (h+S). Переходные зоны от вмещающей среды к пласту имеют протяженность кривой, равную базе зонда S, с точками перегиба, расположенными у границы пласта. Расстояние между точками перегиба (серединами наклонных линий) соответствует  мощности пласта. Вертикальный участок  кривой против пласта характеризует  истинное время пробега волны. Для  пласта с пониженной скоростью распространения  колебаний аномалия времени Δt будет положительной (рис. 7, а).