Способ с.м.вдовина акустического каротажа

Способ с.м.вдовина акустического каротажа

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Реслублин (п 7444 I! (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 30.0!.78 (2l ) 2577743/18.25 с присоединением заявки J% (28) Приоритет— (5f)М. Кл. а 0 V 1 40

Геоударстоенный комитет ссев

Опубликовано 30.06,80 Бюллетень Ле 24

Дата опубликования описания 30.06.80 но делам изобретений и открытий (53) УДК 550.83 (088.8) (72) Авторы изобретения

С. М. Вдовин и О. А. Вдовина (71) Заявитель (54) СПОСОБ ВДОВИНА АКУСТИЧЕСКОГО

КАРОТА ЖА

Изобретение относится к области промыслово-геофизических исследований необсаженных нефтяных и газовых скважин и решает задачу повышения эффективности исследований акустическим методом, а более конкретно, позво5 ляет повысить точность измерений при регистрации в процессе каротажа таких геолого-геофизических характеристик горной породы, пересекаемой скважиной, как коэффициент общей, эффективной и выполненной пористости, тип порозаполнителя, тип пористости, интервал глинистой корки на стенке скважины, интервал зоны проникновения фильтра бурового раствора в породу, тип горной породы (литологическое расчленение разреза), а также позволяет повысить однозначность и достоверность результатов при выделении тектонических нарушений, пачек тонкопереслвивающихся горных пород, .. при определении утлов наклона пластов, соля» ных куполов и куполовидных скоплений глин и тд.

Известен способ акустического каротажа по скорости, в котором измеряемой величиной является время распространения (интервальное

2 время) ультразвуковых импульсов по горной породе на базе излучатель-приемник или на базе между двумя приемниками (излучателями) (1).

В результате исследования .регистрируют на каротажных диаграммах в функции глубины скважины времена распространения упругих волн по горной породе и по величине и относительному изменению этих параметров интерпретируют результаты каротажа — определяют коллекторские и геологические свойства пород, пересекаемых. скважиной. Из всех особенностей, определяющих горное тело как конкретную породу, на величину времени распространения упругой волны преобладающее влияние оказывает пористость, структура и состав (при одних и тех же внешних условиях и при одинаковом заполнителе пор). Отсюда создается возможность определять указанным акустическим способом такую важнейцтую характеристику коллектора; как пористость, а также ряд геологических характеристик -- литологичсское расчленение разреза, стратиграфическую привяз50

В процессе каротажа по данному способу измеряется только интервальное время распространения продольной волны в исследуемом пласте Дт. Значение Дт .представляет собой величину интервального времени в идеализированной сцементированной породе с нулевой пористостью. В зависимости от предполагаемо-!

3 74441 ку-горйзойтов, угол наклона пластов, тектонические нарушения и т.д.

Опр@(еление пористости пород йо измеренной величине времени распространения (интервального времени) упругой волны осуществляется в процессе интерпретации расчетным путем

5 по уравнению среднего времени, Для определения пористости с помощью . данного способа необходимо знать кроме изщГейньи велйчин нйтервальногo времени или интервальной скорости распространения продольной волны также интервальное время или скорость распространения продольной волны во флюиде, заполняющем поровое пространство, и в твердой фазе породы (минеральном скелете), которые не меняются в процессе каротажа. Отсутствие точных значений времен (скоростей) распространения волны во флюиде и твердой фазе приводит к погрешности в определении коэффициента пористости, равной

400 o и более, что делает способ малокозффициентным и требует привлечения результатов других исследований, например анализ, керна,.

НГК, ИК и тд.

Известен также способ акустйческого каротажа по скорости (времени) распространения упругой волны по горной породе, пересекаемой скважиной (2) .

Спосбб заключается в следующем;

В процессе непрерывного каротажа в скважине возбуждают и регистрируют акустические колебания, измеряют на фиксированных расстояниях времена распространения (интервальное время) продольной упругой волны по горной породе, преобразуют величины времен в электрические сигналы, которые регистрируют на каротажных диаграммах в функции глубйны скважины и определяют коллекторские и геологические свойства пород в процессе интерпретацйи временных диаграмм. Определе тйе пористости горных пород, пересекаемых скважиной, осуществляют по уравнению среднего ! времени. Применение этогo уравнения предполагает знание трех величин: интервального времени пробега продольной волны в исследуемом 4> пласте At, времени пробега по твердой фазе горной породы(в минеральном скелете) dtr H в заполняющей поры жидкости Д вЂ” Дт. п т

Дтж Дтт

-го литологического характера пласта при расчете пористости выбирается соответствующее значенйе dt rio табличным данным; В полиминет ральных породах, если известно примерное содержание компонентов, слагающих минеральный скелет, в расчетах используются средневзвешенные значения bt .

Уточнение величины 6t проводится сопоставлением интервального времени 5t с удельным сопротивлением водонасыщенных пород.

Для сопоставления пользуются графиком, по оси абсцисс которого построена линейная шкала Дт, а по оси ординат — функциональная

-05 шкала рп для удельного сопротивления. На график наносят точки, соответствующие различным парам значений 5t-ð, Через точки провоп дят осредняющую прямую, которая отсекает на оси ородинат значение интервального времени Дт . Уточнение величины Дт проводится сопоставлением интервального времени Д1 со HaIrениямй пористости, полученнь1ми по результатам какого-либо другого метода (НГК, элект. рического каротажа). Для этого на график-с линейными шкалами наносят точки, соответствующие определенным парам значений 5t — К

Через точки проводят осредняющую прямую, пересечение которой с ординатой Кг = 0 дает значение Интервального времени ht . Если пористость изменяется незначительно, то для каждого пласта подсчитывают. т Kг Д1 дт

1 — К„ и найденные значения и осредняют.

Уточнение величины Дт проводится также сопоставлением интервального времени со значениями пористости, определенными на керне, Способ можно применить при сплошном отборе керна в значительных интервалах I при условии высокого выноса его и хорошей привязки по глубинам. Таким образом, при определении по-. ристости предполагается достоверное знание литологического характера пород или привлечение результатов других исследований с последующим, довольно трудоемким, графическим или математическим расчетом величины Д| .

Ошибка в определении dt может привести при определении пористости к ошибке равной 400% и более. Например, скорость продольной волнй в слабо сцементированных песчаниках изменяется от 1700 до 2500 м/с с отдельными отклонениями в еще меньшую или еще большую сторону, а скорость в кислых разностях кристаллических пород — от 3500 до 7000 м/с. При

/ ошибочном представлении литологии разреза вместо Дт = 600 мкс/м может быть выбрано

5t = 150 мкс/м и ошибка при определении

К„ составит 400 (при точном определении

5 74441 д| ) или вместо Дт = ЗОО мкс/м (для кристаллических пород) может быть- выбрано Дт =

= 150 мкс/м и ошибка составит 200%. Величину интервального времени в поровой жидкости

Дт выбирают равной 600 мкс/м на основании ж широкого опробования данного способа акустического каротажа в различных районах, сопо-. ставления материалов АК с дайными других методов и результатами анализов кернов.

Таким образом, указанный способ определения пористости характеризуется ошибкой, зависящей от правильного выбора скорости в твердой формации С, и aî флюиде С . В диапазоне пористости, обычном для осадочных отложений (Π— 40%), ошибка из-за неправильного выбора С незначительна. Оценка насыщенности ж коллекторов с помощью данного способа акустического каротажа возможна только с привлечением результатов электрическог6 каротажа.

Выделение трещинных коллекторов производится по уменьшению измеренного интервального времени продольной волны, однако способ малоэффективен, так как занижение 5t соизмеримо с погрешностью его измерения по АК.

Литологическое расчленение разреза по скорости продольной упругой волны эффективно лишь

s гидрохимических осадках — ангидридах, гипсах, каменной соли. Однако из-за сильного влияния на величину измеряемого интервального времени пористости пород и других мешающих факторов, каротаж по скорости упругой волны практически не нашел применения при решении геологических задач.

Цель изобретения — повышение эффективности исследований за счет возможности регистрации в процессе каротажа геолого-геофизических характеристик горных пород.

Поставленная цель достигается тем, что измеряют критические углы образования упругих волн, например сканированием диаграммы направленности приемного устройства в скважинном приборе, преобразованием угла поворота диаграммы в электрический сигнал и измерения его величины в момент регистрации наибоЛьшей амплитуды, измеряют время распро45 странения упругой волны в скважинной жидкости и в каждой точке скважинных исследо.ваний определяют времена распространения продольной и поперечной волн по твердой фазе (минеральному скелету) горной породы

50 и по полученным данным определяют коэффициент эффективной пористости горных пород и их структурный фактор, непрерывно сравнивают его с характерными величинами для различных типов пористости и определяют тип .... Пористостй пород, непрерывно сравнивают ве личину измеренного времени распространения упругой волны по горной породе с измеренным временем ее распространения по твердой п где Дт — измеряемое при каротаже интерP, вальное время распространения продольной волны по горной породе;

Дт — интервальное время распростраP т нения продольной волны по твердой фазе породы;

Дт — интервальное вреМя распростраж нения продольной волны по по. ровой жидкости.

Из уравнения среднего времени (1) может быть получено выражение для определения кос эффициента пористости по интервальному времени распространения поперечной волны

2tS дт"

Д т (2) где ДтФ вЂ” измеряемое при каротаже интервальное время распространения поперечной волны по горн.ой породе;

Дт — интервальное время распростра.

S т нения поперечной волны по твердой фазе породы;

m — структурный фактор.

Известно, что величина критического угла р образования упругой волны в скважине кр определяется отношением скоростей ее распространения на границе раздела скважинная жидкость — горная порода, т.е. скоростяьж волны в бесконечно тонких потраничны>:. =воях, Это, в свою лчередь, позволяет, измерив величину

1 6 фазе и определяют наличие глинистой корки на стенке скважины.

Физическая основа предлагаемого способа акустического каротажа заключается в следующем.

В акустическом каротаже по скорости измеряемой величиной является время распространения t (интервальнсе время ht) упругой волны по горной породе, пересекаемой скважиной. Это время при одних и тех же внешних условиях (давление, температура и тд.) зависит от пористости и состава горной породы, а также от типа порозаполнителя.

В связи с этим возникает неоднозначность при определении как коллекторских свойств пород (йористости, типа флюида), так и геологических (литологическое расчленение разреза, выделение тектонических нарушений, определение угла наклона пластов и т.д.). Коэффициент пористости пород определяется по уравнению среднего времени дтр — дтр т (1) ж т

7444 J угла образования волны и ее скорость в скважинной жидкости, определить скорость распространения (интервальное время) упругой волны по твердой фазе горной породы (по бесконечно тонкому пограничному слою породы), а не по

5 всему объему породы, включающему поровое пространство, заполненное флюидом. В случае трещинного коллектора угол падения упругой валны на акустический приемник не зависит от ее скорости распространения в горной породе и практически равен нулю. Это, в свою очередь, позволяет по величине угла образования уйругой волны выделять в разрезе скважины трещинные коллекторы.

Сущность предлагаемого способа акустического каротажа заключается в следующем.

В скважине возбуждают и регистрируют акустические колебания, измеряют на фиксированных расстояниях интервальные времена

4tP и Ь1 распространения продольной P u поперечной S волн, измеряют критические углы образования-волн, например с помощью непре рывного сканирования в секторе критических углов" диаграммы направленности остронаправленного приемного устройства, располбженного на оси скважины, и преобразования угла поворота диаграммы в электрический сигнал в момент регистрации наибольшей амплитуды, из меряют интервальное время ht „распрост. ранения продольной волны в скважинной жидкости, определяют интервальные времена ht

Ь распространения P u S волн по твердой фазе горной породы

ht = 4t „- Sing

Р . P

35 (3) и далее определяют коэффициент Кп эффективной пористости гольных пород зф

К скв ж . т скв ж 1 кр

40 (4ъ

45 определяют структурный фактор m горных пород сквж- т

Ьтр- Лтр Р т ю — 1+3 =

50 (5) ьР— 1+

»

55 сравнивают его с величинами m, характерными для гранулярной, кавернозной и трещиноватой пористости и определяют тип пористости, сравнивают величину интервального времени 5t

1 8 распространения продольной волны по горной породе с величиной интервального времени

Ь ее распространения по твердой фазе породы и определяют наличие глинис-.ой корки на стенке скважины из условия т т (6} где 5t — интервальное время распространеP т ния продольной волны по глинистой корке.

При технической реализации предлагаемого способа, в зависимости от структуры зонда скважинного прибора и технического исполнения всей аппаратуры, в процессе каротажа можно измерять время распространения упругой волны или ее скорость. В этом случае выражения (3), (4), (5) и (6) преобразуют соответствующим образом. Определение величины пористости горной породы можно проводить не только по уравнению (5), то также по любой друтой зависимости К„= f (с, с ).

В процессе каротажа все измеряемые и

1 определяемые величины преобразовывают в электрические сигналы, а все операции с электрическими сигналами осуществляют непрерывно в реальном масштабе времени в каждой точке исследования скважины, например при импульсном каротаже, за время между двумя импульсамн излучения акустической энергии, и, таким образом, в процессе непрерывного каротажа регистрируют в функции глубины скважины следующие параметры: коэффициент эффективной пористости горной породы К,ф, тип пористости (гранулярный, кавернозный, трещиноватый или смешанный), интервал глинистой корки на стенке скважины и интервальные времена 5t и dt распространения проP т т дольной и обменной поперечной волны по твер- дой фазе горной породы, пересекаемой скважиной.

Возможна также регистрация в процессе каротажа типа горных пород (литологическое расчленение разреза) путем сравнения интервальных времен 5t и At с их характерными

S величинами для различных классов пород. По диаграммам dt и Ь в процессе интерпретации осуществляют статиграфическую привязку горизонтов, выделение тектонических нарушений, пачек тонко переслаивающихся горных пород и определение угла наклона пластов, соляных куполов и куполовидных скоплений глин.

Решение данных геологических задач достигается Во известным методикам, при замене в них скорости распространения упругой волны по горной породе на ее скорость в твердой фазе породы. В зависимости от необходимой точности исследования, известных геологических особенностей разреза и первоочередной важности

10 общ тт

К общ (7) (m-s) Р т измеряют время распространения продольной волны по твердой фазе горной породы, определяют время распространения продольной волны по флюиду, заполняющему поровое пространство лт — лт, р

P P

Ьтф = --------- + йт т

K o6tu п (Я) 20 сравнивают его с величинами времени, характерными для пластовой воды, нефти и бурового раствора и регистрируют на каротажной

25 диаграмме в функции глубины скважины тип порозаполнителя, а также наличие зон проникновения фильтрата бурового раствора в горную породу при выполнении условия ф скв.ж (9) Зо

В другом варианте каротажа измеряют времена распространения продольной ht и поперечной At волн по горной породе и по ее

P твердои фазе Ьт и Ь1, задают величину структурного фактора m, определяют коэффи- 35 циент К„щ общей йористости горной породы общ по выражению (7), определяют коэффициент

К„ ф эффективной поркстости горной породы по выражению (4), определяют коэффициент

К„ выполненной пористости

40 вып общ К эф (10) и и и и непрерывно регистрируют на каротажной диаграмме в функции глубины скважины все три коэффициента — К щ, К„ ф, К„а"п.

В слсдующем варианте каротажа непрерывно сравнИвают величину измеренного критического угла <р образования упругой велиКР чины с минимально возможной его величиной кр .для реальных горных пород и по их отйошению выделяют и непрерывно регистрируют на каротажной диаграмме в функции глубины скважины трещинные коллекторы при выполнении условия

В указанных вариантах все измеряемые и определяемые величины также преобразовывают в электрические сигналы, а все операции с

7444 той или иной задачи, предлагаемый способ акустического каротажа можно дополнять другими— совокупностями и последовательностями операций.

Например, измеряют время распространения поперечной обменной волны по твердой фазе горной породы, задают величину структурного фактора (например для песчано-глинистого разреза), определяют коэффициент общей пористости горной породы

1! 1О электрическими сигналами осуществляют не прерывно в реальном масштабе временк.

Таким 06p33olvt, при технической реализации предлагаемого способа в процессе непрерывного каротажа, одновременно кли в различных необходимых комбкнациях, регистрируют в функции глубины скважины в аналоговом виде на каротажных диаграммах, в цифровом коде на магнитном носителе или в виде буквопечати (например тип пористости, литологическое расчлененйе разреза и т.д.) следующие геолого-географкческие характеристики и параметры упругих волн: времена распространения (интервальные времена, скорости) продоль ной и поперечной волн по твердой фазе горной породы, коэффициент обуй пористости гopHbtx пород, коэффициент эффективности пористости пород, коэффициент выполненной пористости пород, тип пористости (гранулярнья, кавернозный, трещинный или смешанный), интервал глинистой корки на стенке скважины, тип горной породы (литологическое расчленение разреза), тип порозаполнителя (вода пресная, вода минерализованная, буровой раствор, нефть, битум), интервал зоны проникновения фильтрата бурового раствора в горную породу, интервал горной породы с трещилной лористостью.

Устройство для акустического каротажа по предлагаемому способу состоит иэ скважинного прибора, соединенного через каротажный кабель с наземной панелью. Скважинный прибор содержит акустический зонд, в состав которого входят акустический изолятор, излучатель (излучатели), ненаправленный приемник (приемники) и направленный приемник (приемники) с регулируемой диаграммой направленности, а также блок электроники, включающий схему сканирования диаграммой направленного приемника и измерения угла ее поворота в момент наибольшей амплитуды сигнала. Наземная панель содержит усилители, фильтры, синхронизатор, схемы измерения времен распространения продолыгой и поперечной волн (от ненаправленного приемника) по ropHott породе, блок пктания и регистратор, а также блок измерения времени распространения упрутой волны по буровому раствору (гидроволны), вычислители времен распространения продольной и поперечной волн по твердой фазе горной породы, задатчик сигнала пропорционального типу порозаполнителя, задатчик сигнала пропорционального типу пористости породы, схему дешифровки сигналов по типу порозаполнителя, схему дешифр<;вки сигналов по типу породы, схему дешифровки сигналов о наличии глинистой корки, схему дешифровки сигналов о наличии зоны проникновения бурового раствора, схему дешифроики сигналов о наличии трещинного коллектора, вычислитель

7444ll ны

Составитель 3. Волконский

Техред P. Олиян Корректор Г. Назаров»

Редактор И. Нанкина I

Заказ 3784/9 Тираж 649 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патен", г. Ужгород, ул. Проектная, коэффициента общей пористости, вычислитель коэффициента эффективной пористости, вычислитель коэффициента выполненной пористости, вычислитель структурного фактора, вычислитель временй распространения упругой волны по флюиду," заполняющему поровое пространство поро- ды, и блок коммутации и управления задатчиками, вычислителями и дешифраторами сигналов.

Вычислитель угла поворота диаграммы направленного приемника также может быть расположен в наземной панели аппаратуры.

Положительный эффект от использования данного устройства для акустического каротажа нефтяных и газовых скважин, выполненного по предлагаемому способу, заключается в поиышении геологической эффективности исследований за счет увелйчения достоверности, одно зйаййостй и точности определения геолого-геофизических характеристик горных пород, пересекаемых скважиной, а также за счет опредеЛейия )эяда характеристик, ранее не определявшихся ни в процессе акустического каротажа, йй прй интерпретации его рез льта")ов, например коэффициента выполненной пористости, наличия глинистой Коркй на стенке скважины и зоны проникновения фильтрата бурового раствора, природы жидкости, заполняющей поровое пространство горной породы и тд.

Повышение технико-экономического эффекта достигается за счет одновременной регистрации

"одйу спуско-пбдъемную операцию нескольких геолого-геофйзических характеристик — сокращение объема исследований; за счет регистрации в процессе каротажа геолого-геофизических характеристик горных пород — сокращение времени на интерпретацию результатов и,-.следо вательно, сокращенив времени простоя скважины; при достаточной достоверности результатов, карбтажа за счет возможного исключения из обязательного комплекса исследований каротажа другими методами — сокращение времени на

/ интерпретацию и простой скважины, что, в свою

) э очередь, снйжает стоимость работ на нефтяных и газовых скважинах.

Ф о р м у л а и з о.б р е т е н и я

Способ акустического каротажа, включающий возбуждение и регистрацию акустических колебаний в скважине, измерение на фиксированных расстояниях времен распространения упрутих

)О волн по горной породе и определение коллекторских и геологических. характеристик пород, о т л и ч а.ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности исследований за счет возможности регистрации в процессе каро15 тажа геолого-геофизических характеристик горных пород, измеряют критические углы образования упругих волн, измеряют времена распространения упругой волны в скважинной жид20 кости, в каждой. точке скважинных исследований определяют времена распространения продольной и поперечной волн по твердой фазе горной породы, пересекаемой скважиной, и по полученным данным определяют коэффициент

5 эффективной пористости горных пород и их структурный фактор, непоерыяйо сравнивают его с характерными величинами для различных ти пов пористости и определяют тип пористости пород, непрерывйо сравйивают величину измеренного

ЗО времени распространения упругой волны по горной породе с измеренным временем распространения по твердой фазе породы и определяют наличие глинистой корки ча стенке скважи35

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР Р 236388, кл. Е 21 В 47/00, 1967.

:2. Методическое руководство по исследованию нефтегазовых скважин аппаратурой СПАК-2М

40 ! (СПАК-2) и интерпретации диаграмм акустического каротажа. ВНИГИС, Октябрьский, 1974 (прототип).