Способ акустических исследований скважин в процессе бурения

Способ акустических исследований скважин в процессе бурения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

K „„g444Pg

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Соцквлисткческкк

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 07.01.75 (21) 2103886/18-25 (51 ) М. Кл.

G 01 Ч l/40

Е 21 В 4700 с присоединением заявки №

Государственный комитет (23) Приоритет— г ао делает изобретений н открытий

Опубликовано 30 06.80 Бктллетень ¹ 24 (53) УДК 550.834. .622.24 (088.8) Дата опубликования описания 30.06.80 (72) Авторы изобретения

П. А. Гвоздев и В. Н. Рукавицын

Московский институт радиотехники, электроники и автоматики (7I) Заявитель (54) СПОСОБ АКУСТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

СКВАЖИН В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ

Изобретение относится к области исследований свойств горных пород и предназначено для определения акустических свойств горных пород в процессе бурения скважин.

Известен способ акустических исследований скважин в процессе бурения, предусматрива- 5 ющий прием упругих колебаний, возникающих при работе двигателей бурового станка, при помощи датчика, расположенного на забое скважины (1).

Однако при применении известного способа возникает необходимость наличия специального забойного устройства, опус аемого в скважину при помощи проводного канала связи, и кроме того, возникает погрешность измерений, обусловленная низким диапазоном частотного спект15 ра колебаний, возбуждаемых при работе наземных буровых двигателей.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ, предусмат20 ривающий прием упругих колебаний, возникающих в процессе бурения при взаимодействии бурового инструмента с горной породой, в копопке бурильных. труб при помощи датчика упругих колебаний, установленного на колонке (2) .

Недостатки этого способа — низкие точность и разрешающая способность литологического расчленения разреза исследуемой скважины, обусловленные прямым методом измерения упругих колебаний и влиянием на результаты измерений передаточных характеристик колонны бурильных труб.

Цель изобретения — повышение точности н достоверности определения упругих параметров горных пород в процессе бурения скважин.

Поставленная цель достигается тем, что дополнительно осуществляют регистрацию упругих колебаний на дневной поверхности в точках, расположенных на расстоянии от колонны бурильных труб не менее преобладающей длины волны упругих колебаний, возбуждаемых при работе забойного бурового инструмента, находят авто- и взаимнокорреляционные функции упругих колебаний, принимаемых в верхней части колонны бурильных труб и на дневной поверхности, определяют отношение амплитуд сигналов корреляции и разности моментов вре, яф4 йет - .: О.вттатвйут;=, ф :.".;-Сяящффффяеей»т :,-. --.;, йт-„=.- ..т ре .... то-,„-,,щ уйтааФа.т,тоh. н в«=...".. ванне. атее,— "- - !-:.. :"- :::, . :. - " !:

3 744406 мени; соответствующих максимумам сигналов взаимной корреляции, по которым судят о литологических характеристиках разреза пройденных скважин и находящихся ниже забоя горных пород.

На чертеже изображена схема реализации способа.

Способ осуществляется следующим образом.

Упругие колебания, возбуждаемые в призабойной зоне при работе забойного бурового 1р инструмента (например, вращающимся долотом), принимают одновременно двумя широкополосными датчиками (например поляризационными сейсмоприемниками), один из которых 1 установлен в верхней части бурильной колонны (»a квадрате, на вертлюте) или непосредс твенно на устье скважины, а второй датчик 2 располагается на дневной поверхности возле устья скважинй на расстоянии, не ниже преобладающей длины волны упругих колебаний, возбуждаемых 2О при работе забойного бурового инструмента, и равном 1 > At>bVq, где Ata — время задержки различных типов волн; hVq — разность скоростей распространения различных типов волн.

Количество датчиков, устанавливаемых на бурилЬ- 25. ной колонке и на дневной поверхности в специальных углублениях, глубина которых зависит от уровня наземных помех, выбирается неограниченным и зависит только от характера решения задачи. В той же мере это относится и 3О к способу расстановки наземных датчиков, которые устанавливаются по двум взаимнопересе-. кающимся профилям, по сторонам многоугольника и др., и к выбору типа датчиков.

RIP ; 12

max 1

5 К 1,1, 1б2

max 11

Т; + Т Й„„— т, — т

max max

Составляющие регистрируемого волнового

- поля, принимаемого датчиками на каждом из мерительном канале на дневной поверхности, отличаются друг от друга направлением и ско. ростью распространения и расстоянием, пробе- 4О гаемым волной, Это позволяет разделить суммарное поле на его составляющие волны (прямые, преломленные, отраженные и др.) и определить их параметры, связанные с диссинативными и дисперсионными свойствами околосква- 45 жинного пространства, измеряя значения максимумов автокорреляции сигналов R max â верхней части бурильной колонны (на устье скважины) и взаимной корреляции Я,,®, между сйгналами в верхней части бурильной колонны (или на устье скважины) и сигналами принятыми датчиками, удаленными от устья скважины, Величины максимумов сигналов корреляции соответствуют величинам энергии различных типов упрутих волн. При этом коэффициент затухания околоскважинной среды для различных типов упругих волн измеряют как .величину отношения значения максимумов сигналов корреляции на двух измерительных каналах I и II: в моменты времени, задаваемые дискретностью измерения коэффициента затухания во времени

ЬТ, и в зависимости от величины скорости проходки буровой скважины у„„; при этом рх

К вЂ” — "-йе" — - н еоответетвует аананной бате (ЬТ) наблюдения: при выбранной частоте фильтрации.

Измерение в процессе бурения коэффициента затухания для различных типов упругих волн по величине отношения максимума корреляции позволяет, таким образом, осуществить нормирование величины затухания на передаточные характеристики бурильной машины и последовательно пройденных скважиной горных пород, и обеспечить высокую точность измерения и независимость полученных результатов от изме-. нения передаточных характеристик во времени.

В то же время возможность выбора коэффициента К и фильтрации сигналов в процессе бурения, осуществляемая оператором, позволяет достигнуть желаемой детальности расчленения разреза исследуемой скважины по поглощающим характеристикам горных пород. Совместная интерпретация величин коэффициентов затухания для различных типов упругих волн а, а и др. позволяет повысить достоверность ойеративного выделения продуктивных коллекторов в процессе бурения, отмечаемых аномальными значениями этих величин.

Временные сдвиги максимумов автокорреляции и взаимной корреляции определяются длиной пути (проходимой упругими волнами и скоростью распространения волн

R (т; f) =Я(т — ) + АВ(т — )+ВВ(т — ), ч, Ч2 з где V — скорость распространения волн;

А,  — коэффициенты, и соответствующие моментам прихода различных типов упругих волн т

Интервальное время пробега упрутих колебаний измеряют по разности моментов прихода максимумов взаимной корреляции сигналов однотипных волн, принятых по двум измерительным каналам I, II и измеренных с дискретт постыл во времени ЬТ

744406 и ох инт

Й@йй4ьйййййй :

Интервальную скорость распространения упру гих колебаний определяют по значениям

Т;+ЬТ Т; (cD) (т — т, max гпах

В случае определения сйтинти Ч „„на временных задержках, соответствующих приходу отраженных волн, в процессе бурения судят о упрутих характеристиках пород, лежащих ниже забоя буровой скважины, в том числе прогнозируя зоны АВПД. При этом вьщеление требуемой волны на фоне помех возможно, если длительность корреляции полезного сигнала значительно больше длительности корреляции помехи, а для исключения перекрытия максимумов корреляции, наблюдаемых в приемных сигналах волн, необходимо, чтобы длительность корреляции сигналов была меньше времен задержек волн относительно друг друга. Измерения при помощи наземной системы наблюдения в этом случае выполняются в частотном.диапазоне, превышающем величину, обратную длительности корреляции принятых сигналов.

Упрутие колебания, возбуждаемые при работе забойного бурового инструмента, поступают на входы трехкомпонентных датчиков 1 и 2, установленных в верхней части. бурильной колонны или на устье датчика 1 и датчика 2, установленного возле устья на заданном расстоянии.

Сигналы принятые датчиками, преобразуются в электрические, отфильтровываются от Iloмех в блоке 3 и поступают на вход двухканальной (многоканальной) наземной аппаратуры, каналы которой идентичны для каждого из принятых сигналов. После усиления в блоках

4 и 5 сигналы поступают в блок измерения максимумов сигналов корреляции 6. С выхода блока 6 сигналы значений максимумов корре-. ляции поступают в блок 7 измерения коэффициента затухания а, где происходит операция деления значений максимумов корреляционных функций. Одновременно сигналы с выхода блока 6 поступают на вход блока 8,. где происходит измерение значений временньи сдвигов, соответствующих максимальным значениям взаимной корреляции на каждом приемном канале тт и r> и далее подаются на вход блока 9, где осуществляется измерение интервального времени распространения упругих колебаний

Ь| путем вычитания значений временных сдвигов г и та . С выходов блоков 7 и 9 выходные сигналы, пропорциональные значениям а и Dt „„подаются на многоканальный регистратор 10, где осуществляется их запись в функции глубины исследуемой скважины, 6 для чего лентопротяжный механизм регистратора синхронно связан с датчиком глубины скважины.

Применение предлагаемого способа дает возможность оперативного определения и прогнозирования в процессе бурения поглощающих и скоростных характеристик исследуемых горных пород по данным только наземных наблюдений — без спуска в буровую скважину спео циальной забойной аппаратуры, а также измерения отношения максимумов сигналов корре/ ляции и разности момента прихода максимумов взаимной корреляции на временных задержках, соответствующих упругим колебаниям, отраженным or нижележащих горных пород, прогнозирования физико-механических свойств горных пород, лежащих ниже забоя, н, в частности, прогнозирования в процессе бурения эон с аномально высокими пластовыми давлениями„ханц рактеризующихся аномальными значениями амплитуд взаимной корреляции и аномальными значениями интервала корреляции.

Предлагаемому способу присущи высокая точность и разрешающая способность, обуслов25 ленные использованием широкополосного спектра излучения упрутих колебаний и высокой детальностью измерений, зависящей, в основном, от дискретности измерений во времени и скорости проходки буровой скважины.

Способ исключает влияние на результаты измерения коэффициентов передачи бурильной колонны и вышележащей толщи горных пород и дает возможность определения упругих параметров раздельно для различных типов волн (прямых, продольных, поперечных, преломленных, отраженных и др.) путем их временного разделения при помощи корреляционного приема, Измерительная установка по предлагаемому

40 способу обладает высокой надежностью и простотой, исключающей необходимость применения проводного канала связи и забойной аппаратуры.

Применение предлагаемого способа позволяет непосредственно выделять в процессе бурения продуктивные коллекторы, оперативно контролировать режимные параметры бурения (осевая нагрузка, число оборотов и др.) на основе измеренных в процессе бурения физикомеханических характеристик разбуриваемых горных пород„ контролировать степени искривления ствола скважины по измерению изменения времени вступления максимального значения взаимной корреляции сигналов прямой упругой волны, принятых датчиками, расположенными вокруг устья Скважинк по -специально выбранной системе.

Применение предлагаемого способа повышает достоверность определения физико-механиСоставитель Э. Терехова

Техред Р, Олиян

Корректор М. Вигула

Редактор В. Романенко ,I

Заказ 3784/9 Тираж 649 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 74440 ческих свойств горных пород в процессе бурения и позволяет осуществить оптимизацию про-. цесса их разрушения по измеренным частотнозависимым коэффициентам затухания и интервальным временам распространения упругих колебаний.

Формула изобретения

Способ акустических исследований скважин в процессе бурения, оснбванный на приеме упругих колебаний, возникающих при бурении скважин в колонке бурильных труб, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышеййя точности и достоверности определения уп- д рутих параметров горных пород в процессе бурения скважин, дополнительно осуществляют прием упругих колебаний на дневной. поверхности s точках, расположенных на расстоянии

6 8 от колонны бурильных труб не менее преобладающей длины волны упругих колебаний, возбуждаемых при работе забойного бурового инструмента, находят авто- а взаимиокорреляционные функции упругих колебаний, принимаемых в верхней части колонны бурильных труб и на дневной поверхности, и определяют отношение амплитуд сигналов корреляции и разности моментов времени, соответствующих максимумам сигналов взаимной корреляции, по которым судят о литологических характеристиках разреза пройденных скважин и находящихся ниже забоя горных пород.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США N 2993553, кл, 181 — 05, 1969.

2. Патент CIIIA Р 3520375, кл. 175 — 24, 1970 (прототип).