Акустический способ выявления места расположения заколонных перетоков флюида

Акустический способ выявления места расположения заколонных перетоков флюида

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано, например, для определения качества цементирования скважин.

Известен способ аналогичного назначения, согласно которому для определения наличия заколонного движения жидкости в скважине создают виброакустические колебания, путем закачки в скважину жидкости, с последующей многократной регистрацией виброакустических колебаний. При этом определение заколонного движения жидкости в скважине проводят по изменению амплитуд виброакустических колебаний (Патент РФ №2066751, кл. E21B 47/10, 1996).

Недостатком известного способа является ограниченность его применения только случаем выявления наличия факта заколонного перетока флюида.

Известен способ того же назначения, принятый за прототип, включающий спуск и подъем в скважине скважинного приемника шумовых сигналов и регистрацию на подъеме кривых изменения интенсивности шумового сигнала, снимаемого с выхода приемника, с последующей обработкой сигнала во вторичной аппаратуре, в результате которой выявляют место расположения заколонного перетока флюида в скважине (Патент РФ №2405936, кл. E21B 47/14, 2010).

В прототипе предварительно регистрируют распределение температурных аномалий вдоль ствола скважины с помощью скважинного термометра и выделяют интервалы отклонений их от геотермы. Затем дважды проводят регистрацию шумовых сигналов скважинным приемником шумовых сигналов (СПШС) - при раскрытых и закрытых рычагах-волноводах в местах расположения температурных аномалий.

При этом при закрытых рычагах-волноводах регистрируются шумы внутриколонного пространства скважины (фон), к которым при открытых рычагах-волноводах добавляются шумы, обусловленные движением флюида в заколонном пространстве.

Места расположения заколонных перетоков определяют по изменению амплитудно-частотных характеристик зарегистрированных шумовых сигналов.

Недостатком прототипа является невысокая надежность определения места расположения перетока флюида акустическим способом из-за того, что спектры полезного и фонового сигналов могут совпадать, а интенсивность фонового шумового сигнала может превышать интенсивность полезного сигнала.

Кроме того, прототип отличается сложностью практической реализации способа, вытекающей из необходимости применения в исследованиях помимо акустического еще и термического каротажа, а также из-за необходимости использования специальных рычагов-волноводов в акустическом каротаже.

Техническим результатом, получаемым при внедрении изобретения, является устранение недостатков прототипа, то есть упрощение практической реализации и повышение надежности способа.

Данный технический результат достигается за счет того, что в известном акустическом способе выявления места расположения заколонных перетоков флюида в скважине, включающем спуск и подъем в скважине скважинного приемника шумовых сигналов и регистрацию на подъеме кривых изменения интенсивности шумового сигнала, снимаемого с выхода приемника, с последующей обработкой сигнала во вторичной аппаратуре, в результате которой выявляют место расположения заколонного перетока флюида в скважине, подъем скважинного приемника шумовых сигналов проводят с постоянной известной скоростью V₁, а сам приемник выполняют с остронаправленной характеристикой направленности, ортогональной оси скважины, при этом обработку выходного сигнала проводят путем выделения из зарегистрированного шумового сигнала характеристики прохода приемника относительно места расположения заколонного перетока флюида для данной скорости V₁.

Выделение из зарегистрированного шумового сигнала характеристики прохода приемника относительно места расположения заколонного перетока флюида проводят путем корреляционной обработки зарегистрированного шумового сигнала с опорным сигналом в виде «эталонной» характеристики прохода, рассчитанной для скорости V₁.

Кроме того, проводят спуск и подъем в скважине двух аналогичных скважинных приемников шумовых сигналов, расположенных на известном расстоянии X вдоль оси скважины, при этом подъем обоих приемников осуществляют с одинаковой скоростью V₁, а обработку выходного сигнала проводят путем выделения из зарегистрированных шумовых сигналов двух характеристик прохода приемников относительно места расположения заколонного перетока флюида для времени запаздывания одной характеристики прохода, относительно другой, равном t=V₁/X, а также проводят дополнительный подъем скважинного приемника шумовых сигналов с известной постоянной скоростью V₂, а обработку выходного сигнала осуществляют путем выделения из зарегистрированного шумового сигнала характеристики прохода приемника, относительно места расположения заколонного перетока флюида для заданной скорости V₂ и по полученному результату уточняют место расположения заколонного перетока флюида.

Дополнительно аналогичным образом определяют характеристику прохода приемника при спуске приемника в скважину и по полученному результату уточняют место расположения заколонного перетока флюида.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 представлена схема установки для реализации способа; на фиг.2 и 3 - временные диаграммы для пояснения существа способа.

Схема установки для реализации способа (фиг.1) содержит один или два СПШС, пронумерованных под позициями 1 и 2 (в общем случае может быть применена цепочка из множества одинаковых независимых приемников, следующих с заданным пространственным шагом).

СПШС 1, 2 выполнены с остронаправленными характеристиками направленности 3, 4, ортогональными оси скважины 5, в которой установлена насосно-компрессорная труба 6 (НКТ 6). СПШС 1, 2 закреплены на кабеле-тросе 7 на расстоянии друг от друга вдоль оси НКТ 6.

Кабель-трос 7 через лебедку 8 спускоподъемного механизма (на фиг.1 не показан) подсоединен к геофизической лаборатории (на фиг.1 не оцифрована), состоящей из стандартного спектроанализатора 9, включающего в себя усилитель и фильтры, коррелятора 10, блока 11 «эталонного» сигнала, регистратора 12, выполненного, например, в виде монитора компьютера, и таймера 13, запускаемого и останавливаемого от соответствующих датчиков спускоподъемного механизма (на фиг.1 не показано).

Связи между блоками 9...13 показаны на фиг.1. Выход спектроанализатора 9 подключен к первому входу коррелятора 10, второй вход которого соединен с выходом блока 11 «эталонного» сигнала, а выход - со входом регистратора 12, другой вход которого соединен с выходом таймера 13.

На фиг.1 показано выполнение геофизической лаборатории для первого варианта установки (с одним СПШС).

В случае, если реализуется вариант установки с двумя приемниками 1, 2 в геофизической лаборатории, отпадает необходимость в блоке 11 «эталонного» сигнала, а коррелятор 10 работает с двумя сигналами с выходов приемников 1, 2, сдвинутых на время запаздывания одного сигнала относительно другого.

Возможен третий вариант установки для реализации способа с одним, двумя или множеством СПШС, подключенных выходами к входам многоканального магнитофона (на фиг.1 не показан), но без геофизической лаборатории. После записи шумовых сигналов с приемников и сигналов с таймера 13 обработка сигналов ведется в центре геофизических исследований с использованием магнитофонных записей.

Акустический способ выявления места расположения заколонных перетоков флюида в скважине по первому варианту реализуется следующим образом.

В НКТ 6 с помощью кабеля-троса 7, лебедки 8 и спускоподъемного механизма (на фиг.1 не показан) спускается СПШС 1, имеющий остронаправленную характеристику направленности 3.

После прохода СПШС 1 всей рабочей части ствола скважины начинается подъем приемника 1 с равномерной скоростью V₁ и отсчет времени его подъема таймером 13. При этом происходит непрерывная запись выходного сигнала с СПШС1 с помощью магнитофона (не показан) или его обработка в геофизической лаборатории. В последнем случае выходной сигнал, состоящий из фонового (14) и информативного (15) сигналов (на фиг.2, сверху), обрабатывается в спектроанализаторе 9 (усиливается, фильтруется и т.д.).

Информативный сигнал 15 представляет собой такой же нестационарный шумовой сигнал, что и фоновая помеха 14, но с другим характером нестационарности. Ввиду того, что контролируемый источник шума (струя флюида) неподвижен, а приемник 1 шума движется со скоростью V₁, информативный сигнал 15 (фиг.2, сверху) будет представлять собой так называемую «характеристику прохода» (ХП) («Справочник по гидроакустике» под ред. А.Е.Колесникова, «Судостроение», 1982 г., с.223).

Вид ХП зависит от характеристики 3 направленности приемника 1, скорости V₁, траверзного расстояния между приемником 1 и источником 16 шума, а также от поперечных размеров приемника и струи (источника 16 шума). Под позицией 15 на фиг.2, сверху, показана огибающая информативного сигнала, который по спектру может совпадать с фоновой помехой 14, а по амплитуде даже быть меньше его.

Выходной сигнал с приемника 1, после его обработки в спектроанализаторе 9, подается на первый вход коррелятора 10, на второй вход которого направляется опорный «эталонный» сигнал, рассчитанный для заданных геометрических параметров скважины и режимов проводимого эксперимента. «Эталонная» ХП по форме будет представлять кривую 15 или кривую, близкую к ней. Поэтому коррелятор 10 выделит ХП 15, «замешанную» в шумовой фоновой помехе 14, и направит ее на регистратор 12, выполненный, например, в виде компьютера.

На мониторе компьютера выделится ХП 17 (фиг.2, снизу), по смещению максимума которой от условно нулевой точки можно определить глубину L=t₁·V₁ залегания места заколонного перетока флюида.

Если на установке реализуется второй вариант способа, с двумя приемниками 1 и 2, расположенными на расстоянии Х друг от друга, необходимость в блоке 11 «эталонного» сигнала отпадает. Коррелятор 10 в этом случае работает в режиме автокоррелятора.

На входы коррелятора 10 поступают два сигнала 18, 19 (фиг.3, сверху), «замешанные» в шумовой фоновой помехе 20 и разделенные временным интервалом Δt₂=X/V₂, где V₂ - скорость подъема или спуска приемников 1, 2 в скважине.

Первый сигнал задерживают на время Δt₂ относительно второго с помощью линии задержки, расположенной в корреляторе 10. За время Δt₂ характер ПХ 18, 19 не изменится, в отличии от характера фоновой помехи 20. Поэтому полезный сигнал можно выделить с помощью коррелятора 10 в виде кривой 21 (фиг.3, снизу) и по ней определить место расположения заколонного перетока флюида.

Для увеличения точности можно использовать цепочку приемников, расположенных с известным шагом вдоль кабель-троса 7.

Для увеличения точности скорость подъема приемника (или приемников) можно изменять от эксперимента к эксперименту.

С этой же целью ХП можно определить как при спуске, так и при подъеме приемника.

Таким образом, по сравнению с прототипом, в данном способе повышается надежность определения места расположения перетока флюида в условиях практически любого акустического фонового шума без использования дополнительного каротажа скважины, например, как в прототипе, термического. Этим достигается поставленный технический результат.

1. Акустический способ выявления места расположения заколонных перетоков флюида в скважине, включающий спуск и подъем в скважине скважинного приемника шумовых сигналов и регистрацию на подъеме кривых изменения интенсивности шумового сигнала, снимаемого с выхода приемника, с последующей обработкой сигнала во вторичной аппаратуре, в результате которой выявляют место расположения заколонного перетока флюида в скважине, отличающийся тем, что подъем скважинного приемника шумовых сигналов проводят с постоянной известной скоростью V₁, а сам приемник выполняют с остронаправленной характеристикой направленности, ортогональной оси скважины, при этом обработку выходного сигнала проводят путем выделения из зарегистрированного шумового сигнала характеристики прохода приемника относительно места расположения заколонного перетока флюида для данной скорости V₁.

2. Акустический способ по п.1, отличающийся тем, что выделение из зарегистрированного шумового сигнала характеристики прохода приемника относительно места расположения заколонного перетока флюида, проводят путем корреляционной обработки зарегистрированного шумового сигнала с опорным сигналом в виде «эталонной» характеристики прохода, рассчитанной для скорости V₁.

3. Акустический способ по п.1, отличающийся тем, что проводят спуск и подъем в скважине двух аналогичных скважинных приемников шумовых сигналов, расположенных на известном расстоянии Х вдоль оси скважины, при этом подъем обоих приемников осуществляют с одинаковой скоростью V₁, а обработку выходного сигнала проводят путем выделения из зарегистрированных шумовых сигналов двух характеристик прохода приемников относительно места расположения заколонного перетока флюида для времени запаздывания одной характеристики прохода, относительно другой, равном t=V₁/X.

4. Акустический способ по п.1, отличающийся тем, что проводят дополнительный подъем скважинного приемника шумовых сигналов с известной постоянной скоростью V₂, а обработку выходного сигнала осуществляют путем выделения из зарегистрированного шумового сигнала характеристики прохода приемника, относительно места расположения заколонного перетока флюида для заданной скорости V₂, и по полученному результату уточняют место расположения заколонного перетока флюида.

5. Акустический способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно аналогичным образом определяют характеристику прохода приемника при спуске приемника в скважину и по полученному результату уточняют место расположения заколонного перетока флюида.