Способ определения течения пород в скважине

 

Использование: контроль состояния ствола скважины в процессе бурения. Сущ2 / ность изобретения: измерение акустической эмиссии из кольцевой области концентрации напряжений в околоскважинном пространстве, рассматриваемой как кольцевой резонатор и полосовой фильтр. Для суждения о наличии или отсутствии течения определяют временной градиент амплитуды акустической эмиссии против пластов пластичных пород до и после установления равновесного напряженного состояния. Измерения акустической эмиссии производят в диапазоне с граничными частотами от fH Vp/8 л:ВСкв до fe Ур/2я RCKB где Vp - скорость продольных волн в пласте, RCKB- радиус скважины. Положительный градиент интенсивности эмиссии свидетельствует о наличии текучести в пласте. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИЛЛИСТИЧГСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 О 01 V 1/40

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ (21) 4792748/25 (22) 19,02.90 (46) 23.07.92. Бюл. N- 27 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт геофизических исследований геологоразведОчных скважин (72) А.Ф.Косолапов и Б.И.Кирпиченко (56) Курленя М.В. и др. Техника экспериментального определения напряжений в осадочных породах. — Новосибирск, Наука, 1975.

Константинова А.Г. Сейсмоакустические исследования предвйбросных нарушений угольных пластов. — M. Наука, 1977. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕЧЕНИЯ

ПОРОД В СКВАжИНЕ (57) Использование: койтроль состояния ствола скважины в процессе бурения. СущИзобретение относится к области контроля состояния ствола скважин в процессе бурения.

Известен способ определения течения или ползучести пород в скважинах, основанный на измерениях пластической деформации ствола скважин с помощью сквэжинных деформометров.

Однако этот способ весьма трудоемок и может быть использован лишь при установившемся равновесии напряженного состояния пород в околоскважинном пространстве, которое требует нескольких суток полного покоя скважины после окончания ее бурения.

Наиболее близким к изобретению является способ измерения акустической эмис,, 5U„„1749869 А1 ность изобретения; измерение акустической эмиссии из кольцевой области концентрации напряжений в околоскважинном пространстве, рассматриваемой как кольцевой резонатор и полосовой фильтр. Для суждения о наличии или отсутствии течения определяют временной градиент амплитуды акустической эмиссии против пластов пластичных пород до и после установления равновесного напряженного состояния. Измерения акустической эмиссии производят в диапазоне с граничными частотами от fq =-.

: Vp/8 7t Rcxs до fs = Чр/2л RcK8, где Vp — скорость продольных волн в пласте; R«, радиус скважины, Положительный градиент интенсивности эмиссии свидетельствует о наличии текучести в пласте. 1 ил. сии в горных выработках для выявления зон напряженности и выбросоопасности пород, Однако используемый в нем диапазон частот 0,2-0,5 кГц не пригоден для обнаружения течения пород в скважинах. В отличие от горных выработок в скважине в указанном частотном диапазоне могут возникать акустические шумы лишь от фильтрации флюида в порах и трещинах проницаемого пласта в гидродинамически неуравновешенной скважине.

Целью изобретения является повышение достоверности способа за счет увеличения помехозащищенности.

Указанная цель достигается путем временных измерений интенсивности акустической эмиссии против пластов пластичных пород в диапазоне с граничными частотами

1749869

I От НИжНЕй 1п = Vp/8 R Вскв до ВврХНЕй fe =

-.: 4/ /2. д R«e (где Чр — скорость продольных волн в пласте, Вскв — радиус скважины в пласте), причем течение пластичных пород устанавливают по положительному градиенту интенсивности акустической эмиссии.

На чертеже изображены графики изменения интенсивности акустической эмиссии

Авв во времени для двух типов процессов в йластичных породах: при этом кривая 1 характеризует отсутствие текучести, кривая 2 — наличие текучести., В основу оптимизации частотного диапазона, измерений йоложены частотнбфильтрационные свойства околоскважинного пространства, B процессе бурения скважины породы в околосква>кинном пространстве переходят в новое напряженное состояние, образуя аномальную кольцевую зону упруго-пластического распределения.напря>кений и деформаций.

Вблизи забоя скважины в ней превалирует упругое перераспределение напряжений в радиальном направлении на расстояние от стенки скважины от одного до двух радиусов скважины (1-2 R«e). Максимум напряжений проходит по среднему радиусу кольца Вк = 2Рскв. Являясь источником акустической эмиссии, эта кольцевая зона возбуждается с частотой радиального резонанса, которая определяется по формуле

2 л В Р 2 Кйк 4ztR«e где Vp = /Е/р — скорость и родоп ьных волн в кольцевой среде;

Е и р — модуль Юнга и объемная плотность пород в кольцевом пространстве.

В то же время кольцевая зона является акустическим попосовым фильтром„полоса пропускания частот f< которого определяется его добротностью

Q = рез/ п = рез/2 Ь f, где Ь f — абсолютное отклонение (положительное или отрицательное) от fpea.

Волновое сопротивление кольцевой зоны, как источника акустической эмиссии, мало отличается от волнового сопротивления окружающего ее массива как нагрузки, поэтому коэффициент потерь в ней практически равен 1.0. и добротность ее близка к

1,0. А так как fn = 2 Ь f, то Q = 1„fп = fpeз а Ь f = рез/2.

Отсюда нижняя граничная частота f < амплитудного спектра частот кольцевой зоны, а, следовательно, диапазона регистрации равна: тн = трез Л т = рез fpes/2 = 1рез/2 =

Чр/8 ЛЯскв.

Верхняя граничная частота fe диапазона регистрации находится через максималь5 ную резонансную частоту кольцевой зонйв начальный период ее формирования. Так как в начальный момейт йеупругих деформаций стенки скважины, рождающих аку стическую эмиссик>, минимально

10 возможный радиус Rg можно принять равным RcKe, то максимальная резонансная частота, а, следовательно, и верхняя граничная частота диапазона регистрации:

f, V,/2æ„.

15 Эта верхняя граничная частота fe является оптимальной. по критерию помехоустойчивости (помехозащищенности) предлагаемого способа от акустических шумов различного происхождения, приходящих в .

20 виде продольньх волн в зону измерений акустической эмиссии.

Таким образом, полная полоса возможных f> частот акустйческой эмиссии, возникающих в процессе формирования

25 кольцевой зоны, а, следовательно, и оптимальный диапазон их измерения находятся в пределах:

Vp/8 Ë Йскв < п < V ð/2 Л йскв.

Предлагаемый способ реализуется слеЗ0 дующим образом.

После окончания одурения скважины и полного или частичного подъема инструмента из нее выделяют пласты пластичных пород. Затем в выделенных пластах

35 приступают к измерейиям акустической эмиссии через дополнительный регулируемый полосовой фильтр, нижнюю граничную частоту пропускания f>< которого выбирают (определяют) по формуле

40 f>i = Чр/8 X Вскв, а верхнюю — по фромуле

fe = Vp/2 X Йскв. где за радиус скважины Яскв. принимается половина диаметра скважины Оскв, изме45 ренного каверномером.

Первое измерение амплитуд акустичеСКИХ ЭМИССИОННЫХ ШУМОВ Авз1 ПРОВОДЯТ В момент времени (1 прекращения бурения скважины. Эта эмиссия может быть обус50 noîëåíà либо процессом затухающего кавернообразования, либо процессом прогрессирующего, устанавливающегося течения пород, сопровождающегося вывалообразованием. если при втором измере55 нии через несколько часов t2 после установления равновесия напряженного со. стояния амплитуда акустической эмиссии уменьшится до значения Ава, то в пласте идет процесс затухающего кавернообразо1149869

Составитель И.Маслов

Редактор В.Бугренкова Техред М.Моргентал Корректор Н.Ревская

Заказ 2595 . Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 вания, а если увеличится до значения + 3, то в пласте идет процесс течения пород.

Таким образом, по знаку градиента Aai до-. стоверно определяется текучесть пород"исследуемого пласта или ее отсутствие.

Формула изобретения

Способ определения течения пород в скважине, включающий временные измерения акустической эмиссии и по изменению ее интенсивноСти; вынесение суждения о напряженном состоянии пород, о т л и ч à ешийся тем, что, с целью повышения достоверности способа за счет увеличения помехозащищенности, после окончания бурения скважины выделяют пласты пластичных пород, измеряют интенсивность акустической эмиссии протйв выделенных пластов в частотном диапазойе от fH -- Чя/8 л Вскв

5 до fâ = .Чр/2; ю Иске, где f„ fâ — нижняя и верхняя измеряемые частоты; Чя — скорость продольных волн в пласте; Й вЂ” радиус скважины, до устайовления равновесия напряженного состоянйя повторяют измере10 н ия акустической эмиссии, on редел я ют градиент интенсивности акустической эмиссии и по его знаку судят о наличии течения пород в пласте.