Акустический каротаж Горные породы являются упругими телами которые

Акустический каротаж Горные породы являются упругими телами, которые под действием внешней возбуждающей силы, претерпевают деформации объема (растяжение и сжатие) и деформации формы (сдвига). В покое Продольные Последовательное распространение деформации называется упругой волной. Первое отклонение частицы от положения покоя называется вступлением волны Различают продольные (Р) и поперечные (S) упругие волны, при прохождении которых частицы среды перемещаются соответственно по направлению их распространения и перпендикулярно к нему. Продольные волны распространяются в твердых, жидких и газообразных телах, поперечные только в твердых. Помимо продольных и поперечных волн выделяют волну Лэмба (L), которая распространяется в жидкости, заполняющей скважину. Поперечные Скважина Головные волны Волна-помеха Точечный сферический источник Время, мкс/м Продольная объемная волна Продольная головная волна Поперечная объемная волна Длина волны

Скважинный прибор акустического каротажа АК М предназначен для проведения исследований нефтяных и газовых скважин диаметром от110 до 300 мм, 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. Волна бурового Волна раствора сжатия Рэлея (продольная) (поперечная) (Лэмба-Стоунли) E 1 E 3 E 2 T 0 50 sec

Информативные волны 1. Продольная объёмная (головная) волна – Р. Основное применение – определение ёмкости и литологического состава терригенных, карбонатных и эффузивных пород 2. Поперечная объёмная (головная) волна – S. Назначение: выделение трещинных коллекторов и упругой анизотропии пород 3. Поверхностная волна Стоунли – St. Выделение проницаемых разностей независимо от структуры ёмкостного пространства и литологического состава пород (кроме глин) 4. Нормальная волна Лэмба – L. Оценка механических контактов цементного камня с обсадной колонной и других параметров цементометрии

Волновая картина, получаемая в одной точке разреза акустическим зондом: 1 - момент подачи упругого импульса 2 - первое вступление продольной волны (Тр) 3 - первое вступление поперечной волны (Тs) 3 Ts 1 Tp 1 T 0 1 2 ∆Tp Tp 2 ∆Ts 3 Ts 2 2 Измеряемый параметр – интервальное время ΔТ (мкс/м)

Акустический каротаж предназначен для измерения интервальных времен t ( t =1/v), где v – скорость распространения волны, м/с, амплитуд А и коэффициентов эффективного затухания преломленной продольной, поперечной, Лэмба-Стоунли упругих волн, распространяющихся в горных породах, обсадной колонне и по границе жидкости, заполняющей скважину, с горными породами или обсадной колонной. Единицы измерения – микросекунда на метр (мкс/м), безразмерная (для А) и -децибел на метр (д. Б/м) соответственно. α=ln(А 1/А 2)/L Данные АК применяют: а) для литологического расчленения разрезов и расчета упругих свойств пород; б) локализации трещиноватых пород, трещин гидроразрывов и интервалов напряженного состояния пород; в) определения коэффициентов межзерновой и вторичной (трещинно-каверновой) пористости коллекторов и характера их насыщенности; г) выделения проницаемых интервалов в чистых и глинистых породах; д) расчета синтетических сейсмограмм и интеграции результатов скважинных измерений с наземными и скважинными сейсмическими данными. Измерения выполняют в необсаженных и, при определенных ограничениях, обсаженных скважинах, заполненных любой негазирующей промывочной жидкостью. Скважинные приборы центрируют.

Взаимосвязь пористости и акустической скорости Формула Вилли (уравнение среднего времени) Время пробега по матрице tcк зависит от литологии: Кварц 164 Кальцит 155 Доломит 143 Каменная соль 208 Полевой шпат 170 Ортоклаз 150 Ангидрит 164 Альбит 166 Слюда 178 Микроклин 163 Гипс 172 Мусковит 170 tж = 620 мкс/м - для пресного бурового раствора; tж = 606 мкс/м - для соленого бурового раствора.

Модуль излучателей Звукоизоляторы Ортогональные дипольные излучатели Монопольный излучатель Центраторы Модуль приемников Монопольные приемники Дипольные приемники КОНСТРУКЦИЯ МНОГОЗОНДОВОЙ ЦИФРОВОЙ АППАРАТУРЫ ВОЛНОВОГО АКУСТИЧЕСКОГО КАРОТАЖА ВАК-8 Скважинный прибор состоит из двух модулей соединенных полугибким звукоизолятором. Формула монопольного зонда И 2, 0 П 1; 0, 1 П 2…… 0, 1 П 8. Формула ортогонально расположенных дипольных зондов И 2, 0 П 1; 0, 1 П 2…… 0, 1 П 4. Частота излучения регулируется программно 3 -20 к. Гц Прием акустических сигналов по 8 измерительным каналам одновременно Разрядность АЦП 12 бит Шаг квантования по времени 2; 4 мкс Шаг квантования по глубине 2; 10; 20 см Время регистрации 2; 4 мс 11 17

Схема выделения волн различных типов на фазокорреляционных диаграммах: а – теоретические кривые; б – фазокорреляционая диаграмма; РР и SS – отражённые продольная и поперечная волны соответственно 12

Фрагмент сводного планшета с выделением и количественной оценкой коллекторов 1, 2 – коллекторы поровые (порово трещинные) и трещинные соответственно. Коллекторы выделены цветными полосами. Интенсивной закраской показаны признаки, использованные при выделении коллекторов 13

14

Резюме: АКШ решает следующие задачи: Литологическое расчленение разреза - более детальное, чем по материалам стандартного акустического каротажа n Выделение в разрезе участков, представленных трещинными и кавернозно-трещинными коллекторами n Расчет величин коэффициента трещиноватости в интервалах трещинных и порово-трещинных коллекторов и коэффициента каверновой пористости в интервалах порово-каверновых коллекторов n Получение информации об упругих свойствах разреза (акустическая жесткость, коэффициент Пуассона, модуль Юнга и др), которая используется в комплексе с детальной сейсморазведкой, ВСП, данными наклономера и акустического телевизора для построения трехмерной модели изучаемого месторождения n Выявление характера насыщения коллекторов в обсаженной скважине с хорошим качеством цементирования по диаграммам АКШ, полученным после полного расформирования зоны проникновения в коллекторах. n Количественная оценка коэффициентов нефтегазонасыщенности в обсаженной колонной скважине Недостатки: - необходимо знать литологию для вычисления пористости - показания сильно зависят от неуплотненности глинистых песчаников и газонасыщенности разреза n

Акустическая цементометрия обсадных колонн Основной вид исследований эксплуатационных колонн. Спорные ситуации: n n нецентрированное положение измерительного зонда; кольцевой микрозазор между цементным камнем и обсадной колонной; вертикальные каналы в камне; преждевременное проведение исследований Однозначная оценка герметичности затрубного пространства достигается при использовании трёх методов цементометрии: АКЦ, СГДТ и АК-сканирования Основные причины дефектного цементирования: нецентрированное положение обсадных колонн в стволе скважины и применение цементов, утративших свои свойства

Акустическая цементометрия (АКЦ) основана на измерении характеристик волновых пакетов, создаваемых источником с частотой излучения 20 -30 к. Гц, распространяющихся в колонне, цементном камне и горных породах. В качестве информативных характеристик используют: • амплитуды Ак или коэффициент эффективного затухания αк волны по колонне в фиксированном временном окне, положение которого определяется значением интервального времени ∆tк распространения волны в колонне, равного 185 -187 мкс/м; • интервальное время ∆tп и амплитуды Ап или затухание αп первых вступлений волн, распространяющихся в горных породах; • фазокорреляционные диаграммы. Применяют для установления высоты подъема цемента, определения степени заполнения затрубного пространства цементом, количественной оценки сцепления цемента с обсадной колонной, качественной оценки сцепления цемента с горными породами. Значение интервального времени (∆tк) продольной волны в незацементированной обсадной колонне должно находиться в пределах 185 -187 мкс/м, затухания — в пределах 1 -5 д. Б/м. В интервале между муфтами кривая интервального времени и фазовые линии на ФКД должны представлять собой устойчивые прямые линии, параллельные оси глубин.

Оценка качества цементирования кондуктора диаметром 324 мм по материалам стандартного прибора акустической цементометрии диаметром 73 мм. 1 2 – сплошной и частичный контакты цементного камня с обсадной колонной или породами

Определение качества цементирования эксплуатационной колонны в высокоскоростном разрезе. 1 – сплошные контакты цементного камня с обсадной колонной и породами

Определение качества цементирования кондуктора диаметром 245 мм. 1 – карбонатные породы, 2 песчаник, 3 аргиллит 4 – контакт с колонной или породами отсутствует, 5 частичный 6 сплошной

Перечень частных задач, решение которых необходимо для оценки герметичности (проницаемости или непроницаемости) затрубного пространства Технические средства Частная задача ГГЦ АКсканер ДФ ТМ Определение высоты подъёма цементного раствора + -* + - Оценка заполнения затрубного пространства цементным камнем (BI) + + + - Оценка контактов цементного камня с колонной и породами + + - - Выявление кольцевых микрозазоров между цементным камнем и колонной + - - - огран. - В многоколонных конструкциях оценка сохранности качества цементирования за внешними колоннами + - - - Выделение местоположения муфт обсадных колонн + + Выделение «недотянутых» муфт + + - - Определение положений центрирующих фонарей колонны - - + - Определение толщины и диаметра обсадной колонны - + Выявления макроканалов в цементном камне * Не выполняется в непродуктивных интервалах вследствие малой скорости и дороговизны исследований

Критерии оценки герметичности затрубного пространства Используемые методы Состояние герметичности ЗП Радиометрическая – ГТ и ДФ Оснастка колонны, состав тампонажной смеси Стандартная акустическая цементометрия Герметично Центрирующие фонари через 10 -17 м; плотность смеси более 1, 75 г/см 3 Герметично АК-сканирование Положение центрирующих фонарей колонны Качество цементирования; дефекты цементного камня Сплошные контакты цементного камня с колонной и породами: αк>24 д. Б/м; полное заполнение ЗП Согласно нормативным документам через 10 -17 м Равномерное заполнение камнем ЗП. Плотность камня более 1, 75 г/см 3 Отсутствие полостей и вертикальных каналов в камне ––––– || –––– Кольцевой микрозазор между камнем и колонной; 8<αк<24 д. Б/м ––––– || –––– -––––– || –––– Герметично (облегчённый цемент) Центрирующие фонари через 20 -30 м; Плотность смеси 1, 40 -1, 75 г/см 3 Сплошные контакты цементного камня с колонной и породами: αк>16 д. Б/м; полное аполнение ЗП ––––– || –––– Ошибки определений выше допустимых ––––– || ––––- Негерметично Расстояние между фонарями более 30 м, плотность смеси более 1, 75 г/см 3 Контакт камня с колонной сплошной или частичный 8<αк<24 д. Б/м. Контакт с породами сплошной Редкое расположение центрирующих фонарей (30 -50 м и более) Несимметричное распределение камня в ЗП Вертикальные каналы Негерметично (облегчённый цемент) Расстояние между фонарями более 30 м, плотность смеси более 1, 75 г/см 3 ––––– || –––– Ошибки определений выше допустимых Вертикальные каналы; другие пустоты Неполное заполнение ЗП цементным камнем Необходимы сведения о проектной высоте подъёма смеси Чередование участков свободной колонны и частичных контактов камня с колонной Не определяется Отсутствие камня в ЗП Пятнистое расположение камня Отсутствие цементного камня ––––– || –––– Свободная колонна αк<7 д. Б/м. Не определяется ––––– || –––– Отсутствие камня в ЗП

Оценка герметичности (проницаемости или непроницаемости) затрубного пространства по материалам радиометрической, стандартной акустической цементометрии и акустического сканирования. 1 6 породы битуминозные, аргиллиты, нефтенасыщенные алевролиты, коры выветривания, эффузивные плотные неколлекторы и пористые нефтенасыщенные соответственно; 7 и 8 – сплошные и частичные контакты цементного камня с обсадной колонной и породами; 9 каналы в цементном камне; 10 – цементный камень содержит изолированные пустоты.

Оценка качества цементирования по комплексу данных АКЦ и АК-сканирования 1 5 – породы битуминозные, алевролит, аргиллит, коры выветривания, эффузивные соответственно; 6 – значения Δt. P < Δt. K в высокоскоростных породах; 7 9 – качество цементирова ния (за полнение атрубного з пространства и контакты камня с колонной и порода ми) хорошее, частичное, плохое (контакт отсутствует); 10 – каналы в цементном камне.

Метод акустического сканирования внутренней поверхности обсадной колонны основан на регистрации характера изменения отраженного от внутренней поверхности труб эксплуатационной колонны акустического импульса, испускаемого скважинным прибором. Диаграмма, получаемая в результате сканирования внутренней поверхности колонны акустическим сканером, представляет собой акустическое изображение стенок колонны в развернутом виде. Ввиду того, что оператор имеет возможность визуально наблюдать за состоянием колонны, акустическое сканирование по эффективности максимально приближено к прямым методам исследования скважин. Оценка степени повреждения эксплуатационной колонны после применения кумулятивного трубореза по НКТ. Выделение трещиноватых зон по стволу скважины