Акустический каротаж ПродольныеПоперечные Скважина Головные волны Точечный сферический источник Волна-помеха Продольная объемная волна Продольная головная. - презентация

1 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).

2 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.

3 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

4 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)

5 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.

6 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

7

8

9

10

11 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 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 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 14

15 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

16 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

17 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.

18 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

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

20 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

21 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

22 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

23 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.

24 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.

25 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