Способ выделения неустойчивых пород в обсаженной скважине

 

Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин. Цель - повышение точности выделения наименее устойчивых горных пород. Способ основан на определении деформаций обсадной колонны в интервале исследования до и после изменения давления в скважине. Для этого производят регистрацию эффективного периода шумовых сигналов до и после изменения давления в скеажине. Затем определяется время восстановления указанного периода в участках исследуемого интервала скважины. Участки наименее устойчивых горных пород определяют по минимальным значениям времени восстановления эффективного периода шумового сигнала. Для наиболее распространенных условий это время составляет 20-30 мин. сл с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

<51)s Е 21 В 47/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4609808/03 (22) 08.06.88 (46) 30.09.91.Бюл. ¹ 36 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт геофизических исследований геологоразведочных скважин (72) Б.И.Кирпиченко и Ю.А.Гуторов (53) 550.83.002 (088.8) (56) Яремийчук P.Ñ., Семак Г.Г, Обеспечение надежности и качества стволов глубоких скважин. M. Недра, 1982.

Войтенко В.С. Управление горным давлением. М,: Недра, 1985, с. 178.

Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин, Цель изобретения — повышение точности выделения наименее устойчивых горных пород.

Суть способа заключается в следующем.

Нагрузка со стороны текучих пород на зацементированную колонну может изменять ее диаметр (при величинах больших предела текучести) или изменять условия ее колебания(например, резонансную частоту, определяемую отношением скорости в колеблющемся цилиндре к длине его окружности), Скважинными исследованиями многократно показано, что с увеличением нагрузки на зацементированную колонну

„„. Ы „„1680961 А1 (54) СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ НЕУСТОЙЧИВЫХ ПОРОД В ОБСАЖЕННОЙ СКВАЖИНЕ (57) Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин. Цель — повышение точности выделения наименее устойчивых горных пород. Способ основан на определении деформаций обсадной колонны в интервале исследования до и после изменения давления в скважине. Для этого производят регистрацию эффективного периода шумовых сигналов до и после изменения давления в скважине. Затем определяется время восстановления указанного периода в участках исследуемого интервала скважины, Участки наименее устойчивых горных пород определяют Ilo минимальным значениям времени восстановления эффективного периода шумового сигнала.

Для наиболее распространенных условий это время составляет 20 — 30 мин, эффективный период шумовых колебаний, регистрируемых в колонне, увеличивается, Поэтому для выделения участков повышенной радиальной нагрузки на колонну ускоряют течение пород в призабойной зоне зацементированной скважины воздействием давления на колонну (например, с помощью компрессора при закачке воздуха между колонной и насосно-компрессорными трубами в период вызова притока по принятой на производстве схеме) и производят замеры эффективного периода шумовых колебаний в интервалах предположительно текучих пород (например, глинистых), для чего регистрируют шумоакустическим преобразователем (например, используемым в аппаратуре

1680961

10

25

35

A VIK-36-7 пьезокерамическим приемником с каналом линейного усиления в полосе частот порядка 0,5 — 10 кГц) периоды шумовых колебаний (например, превышающих амплитуду шумов порядка 5 мкВ по выходу приемника). Указанные периоды регистрируют непрерывно по стволу при скорости порядка 150 — 200 м/ч (или в отдельных точках остановленным прибором при непрерывной протяжке регистратора станции в течении

20 — 40 с в каждой точке).

Регистрируемые шумы обусловлены трением колонны и цементного кольца, перемещаемого вместе с породами, деформируемыми в радиусе зоны текучести.

Указанные шумы трения возбуждают колебания s ближней цилиндрической зоне (определяемой, например, радиусом повышенных значений вертикально-радиал ьн ых составляющих горного давления), от радиуса указанной зоны зависят и периоды возникающих колебаний, Так, если предполо>кить, что период шумовых колебаний зависит от отношения длины окружности колебаний цилиндра пород (2 P) к скорости (V) продольной обобщенной волны в.соответствующей зоне, то для распространенного в практике значения скорости в терригенных породах ЗООО.м/с регистрируемый период шумовых колебаний 1900 мкс (частота порядка 0,5 кГц) в условиях скважины характеризует радиус указанной зоны повышенных давлений порядка 0,9 м.

Затем разгружают колонну снижением уровня жидкости (путем сброса воздуха, накаченного компрессором) на принятую, например, при средних условиях освоения величину порядка 500 м, и измеряют период

Ti> шумовых колебаний в выбранном интервале скважины.

По мере снижения уровня жидкости колонна испытывает сжимающую деформацию, за колонной соответственно деформируются временно разгруженные текучие породы, давление пород на колонну снова возрастает, границы зоны разгрузки удаляется, Однако к моменту окончания снижения уровня жидкости радиус зоны восстановившегося давления остается меньше начального радиуса эоны повышенного давления (в связи с запаздыванием восстановительной деформации от внутреннего трения пород), поэтому остается меньшим начального и соответствующий период Тш шумовых колебаний (на регистрируемую величину периода Тш возможно и некоторое влияние увеличения скорости продольной волны в соответствующей цилиндрической зоне).

Затем продолжают измерения периода через каждые 5-20 мин (в зависимости от скорости измерения) в процессе деформации течения, восстанавливающей радиус зоны повышенного давления и условия нагрузки на колонну до начальных. При этом возрастает и постепенно восстанавливается и величина регистрируемого периода шумовых колебаний (практически полное восстановление происходит примерно через 20 мин после начала наблюдений).

Быстрое увеличение периода Т> обусловлено быстрым нарастанием нагрузки до начальной величины (при медленных деформациях течения, например в интервалах высоковязких пород, более медленно происходит и увеличение и стабилизация периодов Тш). Таким образом, факт быстрого и практически полного восстановления периода шумовых колебаний после разгрузки колонны на 5 МПа свидетельствует о течении в исследуемом интервале пород, восстанавливающем условия нагрузки в призабойной зоне и на колонну через цементное кольцо, а время восстановления приближенно характеризует скорость течения. Так, при начальном уменьшении диаметра колонны порядка 20 мкм время восстановления условий — порядка 20 мин, следовательно, радиальная скорость течения в зоне наблюдаемого интервала — порядка 1,7" 10 мкм/с. Такая скорость соответствует практически наблюдавшейся для подобных глин и в других скважинах, а также значениям, приведенным в литературе для пластичных глин, имеющих в предельной зоне радиусом 0,9 м отношение предела текучести к динамической вязкости порядка 10 1/с.

Найденное значение скорости деформации является довольно высоким и может приводить к значительным деформациям в призабойной зоне, однако учитывая фактор времени, практически необходимо выделение интервалов неустойчивых пород, деформируемых и с значительно меньшими скоростями, Установление факта неустойчивости интервалов возможно и по начальному участку восстановления периодов Тш шумовых колебаний, критерием является увеличение периодов Тш после окончания снижения давления в скважине, Таким образом по изменению периодов шумовых колебаний в процессе деформации, заданной разгрузкой колонНы, можно определить интервалы текучих пород и выделить участки с наиболее быстрым деформированием. При этом время, необходимое для определения факта текучести (порядка десятков и сотен минут в условиях скважин

1680961

Составитель H.Êðèâêî

Техред М.Моргентал

Корректор С.Шевкун

Редактор С,Лисина

Заказ 3295 Тираж Подписное .

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Тюмени и Татарии), значительно меньше, чем время, необходимое для определения текучести, например, по каверномеру. Источниками эмиссии шумов являются, как правило, интервалы наименее устойчивых пород в скважине, которые отказывают максимальное давление на внешнюю поверхность крепи обсаженной скважины.

В принципе регистрации интенсивности шумов было бы достаточно для выделения интервалов наименее устойчивых пород, но сложность такого выделения заключается в том, что сама по себе интенсивность шумов зависит от многих факторов, трудно поддающихся учету. По этой причине более точно выделяются интервалы наименее устойчивых пород по динамике изменения периода шумов, имеющей место в течение относительно небольшого времени наблюдения, как правило, не превышающего двадцать — тридцать минут.

Таким образом. в качестве критерия выделения наименее устойчивых пород в разрезе выбрано условие, когда первоначальная величина периода шумового сигнала (до изменения гидростатического давления) восстанавливается в течение времени, не превышающего 20-30 мин, после изменения гидростатического давления в колонне.

Способ осуществляют путем следующих операций.

Регистрируют величину эффективного периода шумового сигнала по.разрезу обсаженной скважины особенно в интервалах, сложенных неустойчивыми горны ли породами. Разгружают обсадную колонну от горного давления путем снижения внутреннего гидростатического давления или увеличина5 ют внутренние давления в колонне выше гидростатического на величину 5-10 MIla.

Измеряют величину эффективного периода шумового сигнала, связанного с протеканием, релаксацией вызванных

10 напряжений в окружающей скважину горной породе.

Производят сброс внутреннего давления в колонне до первоначальной величины и повторяют измерение периода шумового

15 сигнала через 20 — 30 мин, Интервалы, где величины периода шумовых колебаний совпадают с первоначальными, идентифицируются как сложенные наименее устойчивыми породами.

20 Формула изобретения

Способ выделения неустойчивых пород в обсаженной скважине, включающий определение деформаций обсадной колонны в интервале исследования до и после измене25 ния давления в скважине, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности выделения наименее устойчивых горных по род, производят регистрацию эффективного периода шумового сигнала, определяют

30 время восстановления указанного периода в участках исследуемого интервала скважины, причем участки наименее устойчивых горных пород определяют по минимальным значениям времени восстановления эффек35 тивного периода шумового сигнала.