Акустический каротаж Продольные Поперечные Скважина Головные волны Точечный сферический источник Волна-помеха Продольная объемная волна Продольная головная волна Поперечная головная волна Поперечная объемная волна В покое Время, мкс/м Длина волны 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. Горные породы являются упругими телами, которые под действием внешней возбуждающей силы, претерпевают деформации объема (растяжение и сжатие) и деформации формы (сдвига).

sec 50 T0T0 E2E2 E1E1 E3E3 Волна бурового раствора (Лэмба-Стоунли) Волна Рэлея (поперечная) Волна сжатия (продольная) Скважинный прибор акустического каротажа АК-М предназначен для проведения исследований нефтяных и газовых скважин диаметром от 110 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.

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 Информативные волны

T0T0 T s1 T s2 TsTs T p1 T p2 TpTp 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) 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 (дБ/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 органичениях, обсаженных скважинах, заполненных любой дегазирующей 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 Доломит 143 Полевой шпат 170 Ангидрит 164 Слюда 178 Гипс 172 tж = 620 мкс/м - для пресного бурового раствора; tж = 606 мкс/м - для соленого бурового раствора. Кальцит 155 Каменная соль 208 Ортоклаз 150 Альбит 166 Микроклин 163 Мусковит 170

11 Модуль излучателей Модуль приемников Звукоизоляторы Центраторы Монопольный излучатель Ортогональные дипольные излучатели Монопольные приемники Дипольные приемники Скважинный прибор состоит из двух модулей соединенных полу гибким звукоизолятором. Формула монопольного зонда И2,0П 1 ;0,1П 2 ……0,1П 8. Формула ортогонально расположенных дипольных зондов И2,0П 1 ;0,1П 2 ……0,1П 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 КОНСТРУКЦИЯ МНОГОЗОНДОВОЙ ЦИФРОВОЙ АППАРАТУРЫ ВОЛНОВОГО АКУСТИЧЕСКОГО КАРОТАЖА ВАК-8 17

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

13 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

14

Резюме: АКШ решает следующие задачи: Литологическое расчленение разреза - более детальное, чем по материалам стандартного акустического каротажа Выделение в разрезе участков, представленных трещинными и кавернозно-трещинными коллекторами Расчет величин коэффициента трещиноватости в интервалах трещинных и порово-трещинных коллекторов и коэффициента каверновой пористости в интервалах порово-каверновых коллекторов 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 Выявление характера насыщения коллекторов в обсаженной скважине с хорошим качеством цементирования по диаграммам АКШ, полученным после полного расформирования зоны проникновения в коллекторах. 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

Акустическая цементометрия обсадных колонн Основной вид исследований эксплуатационных колонн. Спорные ситуации: 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 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 мкс/м; интервальное время tп и амплитуды Ап или затухание αп первых вступлений волн, распространяющихся в горных породах; фаза корреляционные 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 мкс/м, затухания в пределах 1-5 дБ/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 Частная задача Технические средства АКЦ АК- сканер ГГЦ ДФТМ 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 +--- Выявления макро каналов в цементном камне орган. - 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 -+-+ * Не выполняется в непродуктивных интервалах вследствие малой скорости и дороговизны исследований

Критерии оценки герметичности затрубного пространства Состояние герметичности ЗП Используемые методы Оснастка колонны, состав тампонажной смеси Стандартная акустическая цементометрия Радиометрическая – ГТ и ДФ АК-сканирование Положение центрирующих фонарей колонны Качество цементирования; дефекты цементного камня Герметично Центрирующие фонари через м; плотность смеси более 1,75 г/см 3 Сплошные контакты цементного камня с колонной и породами: α к >24 дБ/м; полное заполнение ЗП Согласно нормативным документам через м Равномерное заполнение камнем ЗП. Плотность камня более 1,75 г/см 3 Отсутствие полостей и вертикальных каналов в камне Герметично ––––– || –––– Кольцевой микрозазор между камнем и колонной; 8<α к <24 дБ/м ––––– || –––– -––––– || –––– Герметично (облегчённый цемент) Центрирующие фонари через м; Плотность смеси 1,40-1,75 г/см 3 Сплошные контакты цементного камня с колонной и породами: α к >16 дБ/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<α к <24 дБ/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 α к <7 дБ/м.Не определяется––––– || ––––Отсутствие камня в ЗП

Оценка герметичности (проницаемости или непроницаемости) затрубного пространства по материалам радиометрической, стандартной акустической цементометрии и акустического сканирования 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 ΔtP < ΔtK в высокоскоростных породах; 7-9 – качество цементирова- ния (за­полнение затрубного 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