ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Следующая группа приборов – это высокочастотные (100–1000 кГц) приборы-сканеры с одним или несколькими электроакустическими преобразователями, совмещающими функции излучателя и приемникаупругихколебаний.

Их основное назначение заключается:

–в детальном изучении анизотропных слоистых и трещи- новато-кавернозных пород в открытых скважинах (аппаратура «Геовизор», САТ, САС-П-60: формулы зондов И-П);

–выделении объемных и контактных дефектов (вертикальные каналы и зазоры) в цементном камне, заполняющем затрубное пространство (МАК-СК, формула И (1–8) 0,4 П (1–8));

–исследовании акустических свойств материалов, находящихся за обсадной колонной, измерении внутреннего диаметра, толщины и овальности обсадной колонны (ВАД-М12 – 6 пар преобразователей (излучатель-приемник), расположены по об-

разующей корпуса под углом 30° со сдвигом по вертикали на 50 мм. 13-й опорный – вдоль оси зонда в нижней части предназначен для вычисления скорости звука в жидкости, используется при расчете внутреннего диаметра труб).

Комплексная термошумоакустическая аппаратура ЗАС-ТШ-36 (формула зонда И2 0,25 И1 1,5 П, f = 20 кГц) предназначена для выявлениязаколонныхперетоков в скважине.

Модификация режима регистрации аппаратуры ЗАС-ТШ-36 (изменение шага дискретизации) позволила регистрировать параметры ВС в стандартном режиме и в режиме шумометрии. Таким образом, удалось за один спуск-подъем решить сразу несколько задач: контроль качества цементирования, выявление интервалов заколонного перетока, определение интервалов скопления газа (в газовых скважинах).

Оптимизация размеров акустического зонда (подбор длины зонда L) и выбор частоты колебаний излучателей (ВЧ или НЧ) повышает разрешающую способность и точность измерений параметров акустического поля.

91

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Модификация режима регистрации аппаратуры (выбор шага дискретизации) позволяет расширить круг выполняемых задач.

Оценка качества волнового сигнала:

–пределы допускаемых основных относительных погрешностей измеренения T и Alpha – ± 1–3 и ± 12,5 %;

–интервальное время в свободной незацементированной колонне должно составлять 183 ± 5 мкс/м;

–диапазоны измеренений T преломленной продольной волны и волн Лэмба – 120–660 мкс/м, поперечной– 170–660 мкс/м, Стоунли – 660–1550 мкс/м;

–диапазон измерения коэффициента эффективного затухания по длине измерительного зонда – 0–30 (40) дБ/м;

–в незацементированной колонне отношение амплитуд А1/А2 должно находиться в пределах 1–1,1. Отклонение от этого соотношения свидетельствует о неидентичности одноименных элементов зонда;

–скорость каротажа должна соответствовать решению поставленной задачи;

–диаграммы должны быть высокого качества. Программное обеспечение (ПО) обработки материалов,

полученных аппаратурой акустического каротажа, позволяет:

–проводить автоматический анализ качества (отбраковка недостоверной информации);

–строить кривые или развертки;

–производить математические вычисления с полученными кривыми;

–создавать планшеты и заключения.

Программное обеспечение:

–ГИС–АКЦ;

–«Соната» (модульная система обработки и интерпретации данных геофизических исследований);

–Prime (система информационного обеспечения геофизических исследований скважин).

92

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Определение пористости пород с использованием измеренных значений Tп

Определение коэффициентов kп межзерновой (гранулярной) пористости стало практически первой задачей скважинной геофизики, которую начали решать с использованием материалов АК. Наиболее простым по форме уравнением стало уравнение среднего времени:

интервальное время в жидкости, заполняющей поры, которое изменяется от 570 мкс/м в предельно минерализованной воде до 640 мкс/м в пресной воде (табл. 1.9).

Таблица 1.9 Акустические характеристики горных пород

В уравнение вводятся специальные поправки, учитывающие влияние глинистости и нефтегазонасыщенности.

93

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Применение методики выделения приточных зон по полной энергии волнового сигнала (АКПЗ)

Возможности АКПЗ при выделении сложнопостроенных зон связаны с влиянием неоднородности пород (трещин и кавернозности) на величину регистрируемой средней амплитуды (или полной энергии) полного волнового сигнала. Регистрация значений амплитуд (энергии) выполняется во временном окне, содержащем продольные, поперечные волны и волны семейства гидроволн. Будыко и Щербаковым (1991) введена количественная мера оценки степени неоднородности пород без дифференциации на трещины и кавернозность, названная коэффициентом затухания энергии волнового сигнала или коэффициентом приточности (kе).

Сложный коллектор является:

–проницаемым (приточным) при значениях kе > 0,22 Нп/м;

–неоднозначно приточным – при kе от 0,11 до 0,22 Нп/м;

–неприточным – при kе < 0,11 Нп/м.

На рис. 1.36 приведен пример сопоставления данных АК (kе) сданными ГИС и результатами испытаний пластов в колонне.

Несмотря на достаточно высокую эффективность, метод выделения приточных зон обладает определенными недостатками. В частности, остается неизвестным строение приточных зон, метод не чувствителен к вертикальной и субвертикальной трещиноватости пород, что приводит к непропорциональности величин получаемых притоков величинам коэффициента приточности.

Оценка трещиноватости и напряженного состояния пород по данным дипольных зондов (ВАК–Д)

При использовании материалов АК направление распространения волн задано наперед направлением скважины (при распространении волны колебания частиц совпадают с направлением распространения волны). Для определения анизотропии пород пришлось бы бурить несколько наклонных скважин, секущих исследуемый интервал под разными углами.

94

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Рис. 1.36. Выделение интервалов приточности по АК

Регистрация поперечных волн ( T S_X и T S_Y), возбуждаемых двумя ортогонально расположенными излучателями, существенно изменила возможности АК и позволила изучать вокруг вертикальной скважины азимутальную анизотропию пород, вызванную либо присутствием трещин, либо существующим напряженным состоянием пород (расхождение параметров поперечной волны T S_X–Y и Alpha_X–Y позволяет делать вывод об анизотропии в данном интервале).

Выделение сложнопостроенных зон методами телеметрии

(САТ, САС-П-60)

Акустический каротаж на отраженных волнах предназначен для растрового отображения стенки скважины или колонны по интенсивности отраженных от нее высокочастотных упругих импульсов. Измеряемые величины – времена и амплитуды (ин-

95

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

тенсивность) отраженной волны. Развернутое изображение позволяет выделять в разрезе скважины трещины, кавернозность, желоба, стилолитовые швы и т.д.

На рис. 1.37 приведены примеры изображения разверток стенки скважины приборами САС-П-60. Данный прибор позволяет в открытом стволе не только определять положения границ пластов с различной акустической жесткостью, выделять тре- щинно-кавернозные зоны, но и определять ориентацию структурных элементов (угол, азимут).

Рис. 1.37. Выделение направления трещин методом САС

Выделение проницаемых пород по параметрам волны Стоунли

На низких частотах (2,5 кГц, для уменьшения влияния скважины: свойств промывочной жидкости и диаметра скважины) упругих колебаний основной вклад в уменьшение фазовой скорости распространения и эффективного затухания волны вносит гидродинамический механизм. Он связан с фильтрацией жидкости из скважины в пустотное пространство породы и с

96

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

последующей вязкой диссипацией (рассеяние) энергии за счет трения жидкости о стенки поровых каналов.

Выделение проницаемых пород определяется по уменьшению скорости Vst (увеличение Tst) и увеличению затухания Alpha_st. До сих пор пока неясен минимальный предел проницаемости, при превышении которого породы идентифицируются по параметрам волны Стоунли как проницаемые. Утверждается, что важен сам факт проницаемости, ане фактические значения.

С увеличением частоты колебаний затухание волны Стоунли все в большей степени определяется диссипацией (рассеяние) энергии в скважинной жидкости.

На рис. 1.38 приведен пример выделения проницаемых пород по параметрам волны Стоунли.

Alpha_St, проницаемые породыпозатуханиюволны Стоунли

DT_St, проницаемыепороды по интервальномувременипробега волныСтоунли

Рис. 1.38. Выделение проницаемых зон по волне Стоунли

97

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Определение упругодеформационных свойств пород (УДС)

Методы определения деформационно-упругих свойств пород основаны на измерении скоростей упругих колебаний, возбуждаемых в скважине.

Комплекс сведений о различных свойствах пород позволяет прогнозировать поведение какого-либо конкретного вида пород при заданных видах воздействий, как, например, при проведении гидроразрыва пласта (ГРП).

Основу решений поставленных задач составляет вычисление по материалам АК ( Tр и Ts) динамических модулей (коэффициентов) упругости горных пород: модулей продольной упругости (Юнга) Е, сдвига G и объемного сжатия K, а также коэффициентов Пуассона M и бокового распора Kp.

На рис. 1.39 приведены теоретические формулы расчета модулей (коэффициентов) и пример их определения в реальной скважине.

1.7. Инклинометрия и кавернометрия

Инклинометрия – метод определения основных парамет-

ров (угла и азимута), характеризующих искривление буровых скважин, путем контроля инклинометрами с целью построения фактических координат бурящихся скважин.

Инклинометрия позволяет решить следующие задачи:

–контроль в процессе бурения заданного направления оси ствола скважины в пространстве по отношению к проектному;

–выделение участков перегибов оси ствола скважины,

которые могут вызывать осложнения при бурении;

–получение исходных данных для геологических по-

строений, в том числе определения истинных глубин залегания продуктивных пластов, для интерпретации данных ГИС.

98

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Рис. 1.39. Примеры расчета модулей упругости акустических волн

99

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Скважина как математическое понятие траектории непрерывного поступательного движения бурового породоразрушающего инструмента в пространстве характеризуется координатами положения и направления (рис. 1.40). На практике пространственное положение или направление скважины определяются по данным инклинометрической съемки в полярной координатной системе, так как большинство инклинометров осуществляют прямое измерение в вертикальной и горизонтальной плоскостях основных полярных параметров: в вертикальной плоскости – зенитного угла θi, в горизонтальной плоскости –

азимутального угла или азимута αi; глубина измеряется также в каждой текущей i-й точке (например Ai) (рис. 1.41).

Ось Х направлена в сторону магнитного востока; ось Y представляет собой касательную к магнитному меридиану в направлении магнитного (географического) севера; ось Z направлена в сторону действиявектора силы тяжести.

Рис. 1.40. Пространственное положение скважины при проведении инклинометрии

100