Способ и устройство для скважинной спектральной шумометрии

Способ и устройство для скважинной спектральной шумометрии

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится к области нефтяной разведки. В частности, настоящее изобретение относится к каротажу и, в частности, к устройствам и способам спектрального шумового каротажа, позволяющего детектировать поток жидкости, проходящий через или за обсадной трубой скважины, проникающей в подземное образование, включая шум, генерируемый фильтрацией жидкости в продуктивном пласте.

Предшествующий уровень техники

Шумовой акустический каротаж в скважинах, проводимый для определения местоположения утечек через обсадные трубы, хорошо известен в данной области техники. Например, в патенте США №2210417 местоположение утечек через обсадные трубы определяется положением звука, производимого жидкостью, протекающей через отверстия в обсадной трубе. Это достигается путем перемещения по скважине детектора звука, который связан с наземным индикаторным устройством или средством записи. Таким образом, мощность звука, производимого жидкостью, протекающей по обсадным трубам, указывает на утечку в обсадной трубе, и местоположение таких утечек становится видимым из графической записи мощности акустического шума в зависимости от глубины детектора звука в скважине. Подобный способ определения местоположения потока жидкости в скважине раскрыт в патенте США №2396935.

В патенте США №4046220 описан наземный спектральный анализатор, включенный в вышеописанное оборудование, чтобы обеспечить возможность для анализа спектра частоты усиленного сигнала от акустического детектора. Это позволяет охарактеризовать распознанную утечку. В частности, спектры частоты записываются и сравниваются с заранее определенными характеристиками спектрального анализатора для различения утечек однофазного газа и однофазной жидкости.

Патент США №4114721 раскрывает устройство и способы расширения технологий, описанных в патенте США №4046220, путем мониторинга акустического шума на двух местоположениях, расположенных на расстоянии друг от друга внутри скважины. Затем детектированные сигналы последовательно коррелируются для обеспечения возможности определения местоположения источника акустического шума.

Патент США №4744416 раскрывает использование двух звуковых детекторов для обеспечения возможности определения направления от подземного источника шума.

Такие действия по идентификации дополнительно способствуют определению местоположения утечки в обсадной трубе, т.е. потока жидкости через обсадную трубу.

В патенте США №4353122 два звуковых детектора также используются для обеспечения дифференциального шумомера. Путем мониторинга дифференциального шума между звуковыми детекторами обеспечивается возможность для различения шума между точечными источниками, например шума в канале движущейся за обсадной колонной жидкости, или для различения притока песчаной струи в обсаженную скважину от обычного притока жидкости или газа. Все описанные способы акустического каротажа соответственно достигаются путем использования непрерывного процесса каротажа при минимизации шума, вызванного бурлением и скоблением устройства в течение этого процесса.

Альтернативный способ и система для акустического каротажа, который обеспечивает показание характеристик потока жидкости за подземной обсадной трубой или трубопроводом, описаны в патенте США №4646273. Описанное устройство связывает детектированную акустическую энергию в четырех высокочастотных фильтрах, имеющих частоты отсечки приблизительно 200, 600, 1000 и 2000 Гц. Выходные сигналы фильтров передаются через кабель на поверхность и конвертируются в уровни сигнала постоянного тока, показывающие уровни энергии соответствующих сигналов.

Ширина полосы пропускания 200-600 Гц сравнивается с уровнем энергии полосы пропускания 1000 Гц для обеспечения указания характеристик потока жидкости по каналу, т.е. это однофазный газ или однофазная жидкость или многофазный комбинированный поток. Низкая разрешающая способность по частоте и среднее время использования ограничивают применение описанных способов и устройств для детектирования утечек, имеющих высокий показатель расхода, когда генерируемый шум является полунепрерывным и по существу сравнимым с фоновым шумом. Кроме того, использование таких способов и устройств делает невозможным разделение акустического шума, генерируемого утечками в оснастке скважины, от акустического шума, генерируемого в окружающем пласте.

Концепция анализа акустического шума, детектируемого звуковым детектором, расположенным в буровой скважине в частотной области, используется в патенте США №4319346. Этот документ раскрывает использование скважинных шумовых детекторов для передачи информации через каротажный кабель на расположенные на поверхности независимые спектральные анализаторы. Спектральные анализаторы преобразуют детектированные амплитудные сигналы в частотную область для обеспечения технологии обработки сигналов, выполнение которой устраняет эффекты затухания сигнала в каротажном кабеле и, таким образом, обеспечивает формирование диаграммы акустического каротажа с переменной плотностью. Разрешение по частоте, используемое устройством для формирования диаграммы с переменной плотностью, не позволяет извлекать информацию относительно акустического шума, генерируемого в окружающем пласте, или распознавать утечки или элементы оснастки.

Анализ акустических сигналов в частотной области также использовался для детектирования наличия утечек за обсадной трубой. Например, патент США №7219762 раскрывает использование детектора шума, установленного на кабеле для записи амплитуды звуковых колебаний во множество предопределенных местоположений вдоль буровой скважины. Измеренные амплитуды звуковых колебаний обрабатываются, используя анализ с преобразованием Фурье, для обеспечения генерирования частотного спектра мощности буровой скважины. Затем анализируются частотные спектры мощности для определения зависимых от частоты и от времени изменений мощности, и, таким образом, устанавливается наличие утечек за обсадной трубой. Несмотря на то что обеспечена возможность для детектирования утечек с более низким расходом, чем можно детектировать путем использования способов и устройств, описанных выше в отношении патента США №4646273, разрешение по частоте все еще остается недопустимым для разделения акустического шума, генерируемого утечками в оснастке скважины, от акустического шума, генерируемого в окружающем пласте, или для обеспечения возможности идентификации элементов оснастки.

Значительное преимущество настоящего изобретения заключается в обеспечении способов и устройств для спектрального шумового каротажа, которые имеют увеличенное разрешение по частоте и, таким образом, чувствительность по сравнению с системами, известными в области техники, и это обеспечивает улучшенное детектирование и различение потока жидкости через или за обсадной трубой скважины, проникающей в подземные пласты.

Вследствие этого задачей одного аспекта настоящего изобретения является устранение или, по меньшей мере, уменьшение вышеупомянутых недостатков устройств и способов акустического шумового каротажа, известных в данной области техники.

Краткое изложение сущности изобретения

Согласно первому аспекту настоящего изобретения обеспечен способ формирования спектральной диаграммы шумового каротажа буровой скважины, содержащий этапы, на которых:

- записывают два или более набора данных частотных спектров мощности в двух или более стационарных положениях внутри буровой скважины;

- обрабатывают два или более наборов данных частотных спектров мощности, записанных в каждом из двух или более стационарных положений для определения единственного частотного спектра мощности для каждого стационарного положения.

Предпочтительно, способ дополнительно содержит этап, на котором записывают глубину стационарных положений в буровой скважине.

Способ формирования спектральной диаграммы шумового каротажа может дополнительно содержать этап, на котором накладывают определенные единственные частотные спектры для формирования панели спектрального шумового каротажа.

Стационарные местоположения могут быть равномерно распределены в буровой скважине. Предпочтительно, стационарные местоположения равномерно распределены через 1 метр.

Предпочтительно, на этапе записи двух или более наборов данных частотных спектров мощности в стационарном положении в буровой скважине детектируют акустический шум в первом частотном диапазоне.

На этапе записи двух или более наборов данных частотных спектров мощности в стационарном положении в буровой скважине дополнительно детектируют акустический шум во втором частотном диапазоне, при этом второй частотный диапазон содержит более низкие частоты, чем первый частотный диапазон.

Первый частотный диапазон может составить от 117 Гц до 60 кГц.

Второй частотный диапазон может составить от 8 Гц до 4 кГц.

Обработка двух или более наборов данных частотных спектров мощности, записанных в стационарном положении, содержит числовое усреднение наборов данных спектра частоты сети. Числовое усреднение наборов данных частотных спектров мощности предпочтительно содержит цифровую фильтрацию наборов данных для обеспечения возможности проверки статистической значимости элементов в данных частотных спектров мощности.

Согласно второму аспекту настоящего изобретения обеспечен спектральный шумомер, содержащий:

акустический детектор,

первый частотный канал с первым каскадом усиления, выполненный с возможностью усиления первой составляющей электрического выходного сигнала, генерируемого акустическим детектором;

аналого-цифровой преобразователь, обеспечивающий возможность оцифровки усиленного выходного сигнала из первого каскада усиления;

блок компьютерной обработки, обеспечивающий возможность для обработки оцифрованного выходного сигнала из аналого-цифрового преобразователя для генерирования набора данных частотного спектра мощности; и

внутреннюю память, обеспечивающую возможность для сохранения одного или более наборов данных частотных спектров мощности, формируемых обработкой сигнала блоком компьютерной обработки.

Наиболее предпочтительно, акустический детектор детектирует акустический шум в диапазоне от 8 Гц до 60 кГц.

Акустический детектор может содержать датчик импульса давления или гидрофон.

Гидрофон может содержать пьезоэлектрический материал, установленный внутри камеры.

Пьезоэлектрический материал может содержать пьезокерамику.

Камера предпочтительно заполнена маслом. Наличие масла в камере содействует передаче акустического шума к пьезоэлектрическому материалу.

Аналого-цифровой преобразователь предпочтительно дискретизирует первый частотный канал с первой частотой дискретизации. Первая частота дискретизации может составить 120 кГц. В этом осуществлении спектральный шумомер имеет рабочий частотный диапазон от 117 Гц до 60 кГц.

Наиболее предпочтительно, спектральный шумомер дополнительно содержит второй частотный канал с фильтром нижних частот и вторым каскадом усиления, выполненный с возможностью фильтрации и усиления второй составляющей электрического выходного сигнала, генерируемого акустическим детектором.

Фильтр нижних частот предпочтительно пропускает частоту более 4 кГц от частоты сигнала, проходящего по второму каналу.

Аналого-цифровой преобразователь предпочтительно дискретизирует второй частотный канал со второй частотой дискретизации, причем вторая частота дискретизации ниже, чем первая частота дискретизации. Вторая частота дискретизации может составить 8 кГц. В этом варианте осуществления спектральный шумомер имеет рабочий частотный диапазон от 8 Гц до 60 кГц.

Предпочтительно, сохраненный набор данных частотного спектра мощности содержит оцифрованные временные данные. Наиболее предпочтительно, оцифрованные временные данные содержат 1024 дискретных временных каналов.

Блок компьютерной обработки может обеспечивать быстрое преобразование Фурье (БПФ) оцифрованного выходного сигнала из аналого-цифрового преобразователя. В этом варианте осуществления сохраненный набор данных частотного спектра мощности содержит оцифрованные частотные данные. Наиболее предпочтительно, оцифрованные частотные данные содержат 1024 дискретных частотных каналов.

Предпочтительно, чтобы спектральный шумомер дополнительно содержал компьютерный интерфейс, обеспечивающий средство для загрузки наборов данных частотных спектров мощности, сохраненных во внутренней памяти.

Варианты осуществления второго аспекта изобретения могут содержать конструктивные особенности для выполнения предпочтительных или дополнительных возможностей первого аспекта изобретения или наоборот.

Согласно третьему аспекту настоящего изобретения обеспечен способ формирования спектральной диаграммы шумового каротажа буровой скважины, содержащий этапы, на которых:

- развертывают спектральный шумомер, в соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения, внутри буровой скважины для записи данных спектрального шума внутри буровой скважины;

- обрабатывают данные спектрального шумового каротажа для получения спектра частотного спектра мощности, соответствующего двум или более стационарным местоположениям внутри буровой скважины.

Наиболее предпочтительно, способ формирования спектральной диаграммы шумового каротажа буровой скважины дополнительно содержит этап, на котором накладывают полученные частотные спектры мощности для формирования панели спектрального шумового каротажа.

Обработка данных спектрального шумового каротажа может содержать этап, на котором идентифицируют наборы данных частотных спектров мощности, записанные в стационарном местоположении внутри буровой скважины.

Предпочтительно, идентификация наборов данных частотных спектров мощности, записанных в стационарном положении, содержит этап идентификации положения стационарных местоположений записи на кривой глубин.

Идентификация наборов данных частотных спектров мощности, записанных в стационарном местоположении, может дополнительно содержать этап идентификации положения стационарных местоположений записи внутри данных спектрального шумового каротажа.

Наиболее предпочтительно, идентификация наборов данных частотных спектров мощности, записанных в стационарном местоположении, дополнительно содержит этап сопоставления информации относительно положения стационарных местоположений записи, определенных на кривой глубин, и данных спектрального шумового каротажа для минимизации любых различий между ними.

Обработка данных спектрального шумового каротажа может дополнительно содержать этап, на котором вычисляют числовое усреднение данных спектрального шумового каротажа. Числовое усреднение данных спектрального шумового каротажа предпочтительно содержит цифровую фильтрацию для обеспечения возможности проверки статистической значимости элементов в данных спектрального шумового каротажа.

Варианты воплощения третьего аспекта изобретения могут содержать конструктивные особенности для выполнения предпочтительных или дополнительных возможностей первого и второго аспектов изобретения или наоборот.

Согласно четвертому аспекту настоящего изобретения обеспечен способ обработки данных спектрального шумового каротажа, записанных внутри буровой скважины, содержащий этапы, на которых:

- идентифицируют наборы данных частотных спектров мощности, записанных в стационарном положении внутри буровой скважины; и

- обрабатывают наборы данных частотного спектра мощности так, чтобы поставить в соответствие частотному спектру мощности стационарное местоположение.

Предпочтительно, идентификация наборов данных частотных спектров мощности, записанных в стационарном местоположении, содержит этап идентификации положения стационарных местоположений записи на кривой глубин.

Идентификация наборов данных частотных спектров мощности, записанных в стационарном местоположении, содержит этап идентификации положения стационарных местоположений записи внутри данных спектрального шумового каротажа.

Наиболее предпочтительно, идентификация наборов данных частотных спектров мощности, записанных в стационарном местоположении, дополнительно содержит этап сопоставления информации относительно положения стационарных местоположений записи на кривой глубин и данных спектрального шумового каротажа для минимизации любых различий между ними.

Варианты осуществления четвертого аспекта изобретения могут содержать конструктивные особенности для выполнения предпочтительных или дополнительных возможностей первого, второго и третьего аспектов изобретения или наоборот.

Краткое описание чертежей

Аспекты и преимущества настоящего изобретения станут очевидными после прочтения следующего подробного описания со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:

Фиг. 1 изображает спектральный шумомер в разобранном виде, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 2 изображает структурную схему спектрального шумомера:

(а) в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения и

(б) в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 3 изображает схематическое представление развертывания спектрального шумомера, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 4 изображает общий вид подземных источников шума, которые могут быть детектированы спектральным шумомером с фиг.1.

Фиг. 5 изображает схемы структур шума, связанных с разными типами горных пород, которые могут быть детектированы спектральным шумомером с фиг.1.

Фиг. 6 изображает общую схему структур шума, связанных с разными типами жидкости, которые могут быть детектированы спектральным шумомером с фиг.1.

Фиг. 7 изображает общую схему структур шума, связанных с разными расходами жидкости, которые могут быть детектированы спектральным шумомером с фиг.1.

Фиг. 8 изображает пример частотного спектра мощности, сформированного из данных, записанных спектральным шумомером с фиг.2(а) внутри добывающей буровой скважины.

Фиг. 9 изображает пример частотного спектра мощности, сформированного из данных, записанных спектральным шумомером с фиг.2(а) внутри другой добывающей буровой скважины.

Фиг. 10 изображает пример частотного спектра мощности, сформированного из данных, записанных спектральным шумомером с фиг.2(а) внутри нагнетательной буровой скважины.

Фиг. 11 изображает пример частотного спектра мощности, сформированного из данных, записанных спектральным шумомером с фиг.2(а) внутри другой нагнетательной буровой скважины.

Фиг. 12 изображает пример частотного спектра мощности, сформированного из данных, записанных спектральным шумомером с фиг.2(а) внутри контрольной буровой скважины.

Фиг. 13 изображает пример частотного спектра мощности, сформированного из данных, записанных спектральным шумомером с фиг.2(а) внутри буровой шахты.

Фиг. 14 изображает пример частотного спектра мощности, сформированного из данных, записанных спектральным шумомером с фиг.2(б) внутри бурящейся скважины.

В дальнейшем описании подобные элементы отмечены определениями и рисунками с одинаковыми номерами ссылок. Рисунки выполнены с необязательным масштабированием и пропорции определенных частей были увеличены для лучшей иллюстрации деталей и особенностей вариантов осуществления настоящего изобретения.

Описание предпочтительных вариантов воплощения

Спектральный шумомер 1, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, теперь будет описан с ссылками на фиг.1 и фиг.2. В частности, фиг.1 представляет собой изображение спектрального шумомера 1 в разобранном виде, в то время как фиг.2(а) представляет собой структурную схему первого варианта осуществления устройства 1. Спектральный шумомер 1 может быть рассмотрен как содержащий акустический детектор 2, каскад 3 усиления, одноканальный аналого-цифровой преобразователь 4, блок компьютерной обработки 5, имеющий внешний компьютерный интерфейс 6 и внутреннюю память 7. На фиг.1 можно увидеть, что он дополнительно содержит внутренний источник электропитания 8 в виде двух элементов батареи электропитания и соединитель 9, который обеспечивает средство присоединения спектрального шумомера 1 к кабелю, и откидной механизм, в качестве дополнительной детали, описанной ниже со ссылкой на фиг.3. Все верхние компоненты размещены внутри обсадной трубы 10 устройства для обеспечения физической защиты всем этим компонентам.

Акустический детектор 2 в настоящем описанном варианте осуществления содержит датчик импульса давления или гидрофон. Такие акустические детекторы известны специалистам в данной области техники и могут быть выбраны из множества вариантов исполнения. В настоящем описанном варианте осуществления гидрофон 2 содержит пьезоэлектрический преобразователь 11, расположенный внутри камеры 12, которая заполнена маслом 13. Камера 12 обеспечивает физическую защиту пьезоэлектрическому преобразователю 11, в то время как окружающее масло 13 обеспечивает передачу акустического шума к пьезоэлектрическому преобразователю 11. Пьезоэлектрический преобразователь 11 в настоящем описанном варианте осуществления имеет рабочий частотный диапазон от 8 Гц до 60000 Гц.

Каскад 3 усиления используется для усиления электрического выходного сигнала 14 из гидрофона 2 с коэффициентом 100000. Как видно на фиг.2(а), выходной сигнал 15 каскада 3 усиления преобразовывается в цифровой сигнал 16 12-битным аналого-цифровым преобразователем 4. В настоящем описанном варианте осуществления это достигается путем дискретизации на 1024 измеренных отсчета на частоте дискретизации 120 кГц, которая в начальной стадии может храниться в кэш-памяти 4а цифрового преобразователя 4.

Обработка цифрового сигнала 16 затем выполняется в блоке 5 компьютерной обработки. В частности, блок 5 компьютерной обработки может обеспечить быстрое преобразование Фурье (БПФ) для цифрового сигнала 16 для получения сигнала 17 данных частотного спектра мощности из акустического шума, детектированного гидрофоном 2. Сигнал 17 данных частотного спектра мощности затем сохраняется как 1024 дискретных частотных канала в энергонезависимой внутренней памяти 7, размером 1 Гб.

В настоящем варианте осуществления спектральный шумомер 1 эффективно замеряет выборки длиной 8,53 мс каждую секунду. Вследствие этого, внутренняя память 7 эффективно хранит данные для генерирования частотного спектра мощности за каждую секунду действия спектрального шумомера 1, в частотном диапазоне от 117 Гц до 60 кГц. Использование кэш-памяти 4а в сочетании с внутренней памятью 7 обеспечивает возможность достижения таких высоких частот дискретизации для спектрального шумомера 1. Так, устройство 1 извлекается из буровой скважины, для которой выполнялась дискретизация акустического шума, при этом все данные частотных спектров мощности могут быть загружены, соответственно, через компьютерный интерфейс 6 блока 5 компьютерной обработки.

Вышеописанный спектральный шумомер 1 имеет наибольший наружный диаметр 38 мм, длину 800 мм и вес 5 кг. Максимальное рабочее давление 60 MПa, максимальная рабочая температура 120°C, при динамическом диапазоне устройства 68 дБ. Внутренний источник 8 электропитания обеспечивает устройство 1 сроком службы в 48 часов перед тем, как этот компонент должен быть заряжен или заменен. В частности, обнаружено, что когда внутренняя память 7 переполнена, процесс загрузки данных частного спектра мощности занимает приблизительно 10 минут до завершения. Специалист в данной области понимает, что эти рабочие параметры могут изменяться между альтернативными вариантами осуществления спектрального шумомера.

Одно такое альтернативное осуществление содержит спектральный шумомер 1, в котором для обеспечения быстрого преобразования Фурье (БПФ) цифрового сигнала 16 не используется блок 5 компьютерной обработки. Вместо этого сигнал 17 данных спектра частоты сети сохраняется как 1024 дискретных временных каналов в энергонезависимой внутренней памяти 7. В этом варианте осуществления процесс обработки быстрого преобразования Фурье этих данных выполняется на поверхности при последующем извлечении спектрального шумомера 1.

Дополнительный альтернативный вариант осуществления спектрального шумомера, изображенного в целом ссылочной позицией 18, будет описан со ссылкой на фиг.2(б). Настоящий вариант осуществления схож с тем, что был описан выше со ссылкой на фиг.2а, однако спектральный шумомер 18 дополнительно содержит 12-битный, двухканальный аналого-цифровой преобразователь 19, а также первый 20 и второй 21 частотные каналы. Аналого-цифровой преобразователь 19 может содержать свою собственную кэш-память 19а для обеспечения достижения высоких частот дискретизации.

Первый частотный канал 20 содержит первый усилитель 3а и сконфигурирован функционировать подобным образом, как и вышеописанный спектральный шумомер с фиг.2а, т.е. каскад 3а усиления используется для усиления первой составляющей электрического выходного сигнала 14а из гидрофона 2 с коэффициентом 100000, и затем выходной сигнал 15а каскада 3а усиления преобразуется в первый цифровой сигнал 16а первым каналом аналого-цифрового преобразователя 19, который работает с частотой дискретизации 120 кГц.

Второй частотный канал 21 содержит фильтр нижних частот 22, который сконфигурирован, чтобы удалять частоты выше 4 кГц из электрического выходного сигнала 14б гидрофона 2, и второй каскад 3б усиления, который используется для усиления электрического выходного сигнала 14б из гидрофона 2 с коэффициентом 10000. Как можно увидеть на фиг.2(б), затем выходной сигнал 15б каскада 3б усиления преобразуется в цифровой сигнал 16б вторым каналом аналого-цифрового преобразователя 19, который достигается путем дискретизации 1024 измеренных отсчетов при частоте дискретизации 8 кГц.

Обработка цифровых сигналов 16а и 16б вновь выполняется в блоке компьютерной обработки 5, который снова может обеспечить быстрое преобразование Фурье (БПФ) цифровых сигналов 16а и 16б для преобразования сигналов 16а и 16б для получения сигнала 17 данных частотного спектра мощности из акустического шума, детектированного гидрофоном 2. Сигнал 17 данных частотного спектра мощности снова сохраняется как 1024 дискретных частотных каналов в энергонезависимой, размером 2 Гб, внутренней памяти 7. В качестве альтернативы, требования обработки сигнала в блоке компьютерной обработки 5 понижены путем сохранения сигнала данных 17 частотного спектра мощности как 1024 дискретных временных каналов в энергонезависимой внутренней памяти 7 и выполняя обработку сигнала с быстрым преобразованием Фурье (БПФ) этих данных на поверхности при последующем извлечении спектрального шумомера 18.

Подобным образом, как описано выше, первый канал 20 спектрального шумомера 18 эффективно отбирает выборку длиной 8,53 мс каждую секунду. Вследствие этого первый канал 20 обеспечивает возможность внутренней памяти 7 эффективно хранить данные для генерации частотного спектра мощности за каждую секунду действия спектрального шумомера 18 в частотном диапазоне от 117 Гц до 60 кГц. Напротив, второй канал 21 спектрального шумомера 18 эффективно отбирает выборку длиной 128 мс каждую секунду. Вследствие этого второй канал обеспечивает возможность внутренней памяти 7 эффективно хранить данные для генерации частотного спектра мощности за каждую секунду действия спектрального шумомера 18 в частотном диапазоне от 8 Гц до 4 кГц. Обнаружено, что более точные результаты достигаются в этом частотном диапазоне путем работы второго канала на этой более низкой частоте дискретизации.

Так, устройство 18 извлекается из буровой скважины, для которой выполнялась дискретизация акустического шума, при этом все данные частотных спектров мощности могут быть загружены, соответственно, через компьютерный интерфейс 6 блока 5 компьютерной обработки для дополнительного анализа.

Принцип действия спектрального шумового каротажа.

Пояснение общих принципов действия спектрального шумового каротажа в скважине с использованием спектрального шумомера 1 или 18 теперь будут описаны со ссылками на фиг.3. Как можно увидеть, спектральный шумомер 1 или 18 расположен в буровой скважине 23, которая проходит сквозь толщу пород 24. Буровая скважина 23 проходит вдоль обсадной трубы 25. Положение спектрального шумомера 1 или 18 внутри буровой скважины 23 регулируется кабелем 26, который расположен над шкивом 27 и который прикреплен противоположными концами к соединителю 9 и откидному механизму 28. Глубина спектрального шумомера 1 или 18 записывается на поверхностном блоке компьютерной обработки 29 глубиномером 30, который используется для измерения перемещения кабеля 26.

При установке спектральный шумомер 1 или 18 опускается в буровую скважину 23 откидным механизмом 28 и данные акустического шума получают на стационарных местоположениях, расположенных по длине буровой скважины 23 с интервалов в 1 м. Спектральный шумомер 1 или 18 выполнен с возможностью сохранять неподвижность в каждом из этих местоположений в 60-секундный период так, что устройство 1 или 18 эффективно записывает данные частотного спектра мощности для 60 спектров по 1024 каналам в частотном диапазоне от 117 Гц до 60 кГц или от 8 Гц до 60 кГц в каждом местоположении. После каждого измерения спектральный шумомер 1 извлекается и данные с временной привязкой могут быть выгружены для дальнейшего анализа.

На практике для буровой скважины 23 часто выполняют два измерения: одно измерение в статическом режиме и одно измерение в динамическом режиме.

Как будет понятно специалисту в данной области техники, хотя вышеописанные способы установки описываются с помощью спуска спектрального шумомера 1 или 18 вниз по буровой скважине 23, способ может быть адаптирован так, чтобы спектральный шумомер 1 или 18 запускался на удаленном конце буровой скважины 23 и перемещался по кабелю 26 и откидному механизму 28 назад по направлению к откидному механизму 28. Также спектральный шумомер 1 или 18 не ограничен использованием в буровых скважинах 23, имеющих конкретное направление, например вертикально-направленные буровые скважины. Важным является то, что количество стационарных местоположений сбора данных, полученных по длине буровой скважины 23 было таким, чтобы соответствующие данные частотного спектра мощности могли быть записаны.

Поверхностная обработка данных.

Спектральный шумомер 1 или 18, описанный выше, сконфигурирован для обеспечения высокоточных показаний акустического шума. Вследствие этого для процесса интерпретации, подробно описанного далее, важен тот факт, что используются только данные частотного спектра мощности со стационарных местоположений измерений. Даже самые малые шумы, например шумы, связанные с работой кабеля 26 и откидного механизма 28 или движения самого спектрального шумомера 1 или 18 внутри буровой скважины 23, приводят к высоким уровням шума в широком акустическом спектре, который затем маскирует сигналы низкого шума, связанных с типичным шумом потока нефтеносного пласта.

Таким образом, первая стадия техники поверхностной обработки данных - это идентификация тех наборов данных частотного спектра мощности, которые были получены на стационарных местоположениях измерений. Это достигается путем:

- идентификации положения стационарных местоположений записи на кривой глубин, т.е. тех частей кривой глубины от времени, где скорость спектрального шумомера может быть ниже порогового значения;

- идентификации положения стационарных местоположений записи на данных акустического шума, т.е. тех частей кривой акустического шума от времени, где амплитуда акустического шума, зарегистрированного спектральным шумомером, может выглядеть ниже порогового значения;

- сопоставления информации относительно положения стационарных местоположений записи определенных из кривой глубин и из данных акустического шума так, чтобы минимизировать какие-либо различия между ними.

Следуя вышеописанному процессу, можно идентифицировать данные 60 частотных спектров мощности, записанных в каждом стационарном местоположении записи. Поверхностный блок 29 компьютерной обработки затем используется для выполнения обработки данных частотного спектра мощности путем выполнения методов числового усреднения по наборам данных для обеспечения надежного частотного спектра мощности, отражающую эту глубину. Методы числового усреднения содержат вейвлет-фильтрацию для обеспечения возможности проверки статистической значимости деталей в данных частотного спектра мощности. В частности, спектральная плотность шума, представленная в глубинно-частотной плоскости, подвергается вейвлет-преобразованию. Множество последовательных отсчетов шумовых сигналов для каждой глубины дает возможность определения средних величин вейвлет-коэффициентов и их характерный разброс. Дополнительный анализ может, вследствие этого, исключить статистически незначительные детали в спектре сигнала и отчетливо различить фоновые составляющие, которые присутствуют в широком диапазоне глубин (например, шум, сгенерированный потоком в стволе скважины или действием насоса).

Без вейвлет-фильтрации методы числового усреднения могут быть неспособны отделять случайные выбросы, происходящие от значительных шумов флюида в стволе скважины от шумов, издаваемых интересуемыми источниками (см. дальнейшее описание панелей спектрального шумового каротажа).

Как будет понятно специалисту в данной области техники, другое числовое усреднение и способы фильтрации могут быть использованы для обработки данных частотного спектра мощности. Эти способы включают в себя, например, энтропийное усреднение, порядковые статистики и методы медианной фильтрации.

Выбранные данные частотного спектра мощности для каждого стационарного местоположения записи могут быть наложены и представлены графически, как будет рассмотрено в дальнейшем более подробно, для представления панелей спектрального шумового каротажа, которые затем могут быть интерпретированы для обеспечения требуемой информации касательно флюида, протекающего в подземный пласт через или за обсадной трубой скважины.

При использовании шумового каротажа 18, показанного на фиг.2(б), показано, что второй канал 21 обеспечивает более точные и, следовательно, более надежные результаты для акустического шума в диапазоне от 8 Гц до 4 кГц по сравнению с результатами, полученными при использовании единственного канала спектрального шумомера 1 на фиг.(2а).

Панели спектрального шумового каротажа.

Некоторое количество панелей спектрального шумового каротажа, полученных путем использования вышеописанного спектрального шумомера 1 и связанного с ним способа применения, будет описано со ссылками на фиг.4-13.

Фиг.4 представляет краткое изложение панели 31 спектрального шумового каротажа подземных источников шума, которые могут быть детектированы спектральным шумомером 1 на фиг.1. Левая сторона панели 31 спектрального шумового каротажа показывает частоты в районе 300 Гц (соответствующие элементам обсадной трубы), в то время как правая сторона панели 31 показывает частоты до 30 кГц (соответствующие шуму основного потока за обсадной трубой). Амплитуды шума представлены посредством цветовой палитры радуги, где красный цвет представляет высокую громкость, синий цвет - тихую громкость, а белый цвет - бесшумный режим (или шум ниже порога детектирования спектрального шумомера 1).

Источники шума в скважине, вследствие этого, могут быть разделены на различные категории, которые далее будут последовательно рассмотрены:

Вертикальный поток жидкости скважины.

Этот тип акустического шума формируется вибрацией трубопровода или обсадной трубы 10, наведенной потоком жидкости в скважине. Нормальный частотный