Способ выявления зон пластически деформируемой соли в разрезе скважин

Предложенное изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин акустическими методами и предназначено для выявления зон пластической деформации соли в разрезе глубоких скважин. Данное изобретение направлено на повышение оперативности и достоверности выявления зон пластической деформации соли в разрезах скважин. Способ выявления зон пластически деформируемой соли в разрезе скважин включает в себя геофизические исследования акустическим методом и спектральный анализ волнового сигнала, при этом производят нормализацию амплитуд всех составляющих спектра к одному максимальному уровню, условно принимаемому равным единице, причем для нормализации спектра принимают амплитудно-частотную характеристику сигнала в опорном пласту, представленном породами с устойчивыми физико-механическими свойствами, например ангидрит или полигалит, а зоны пластически деформируемой соли в разрезе скважин выявляют по затуханию амплитуд частотных составляющих в высокочастотной области спектра волнового акустического сигнала относительно видимой частоты излучаемого сигнала, характеризуемого устойчивой спектральной плотностью, при прохождении зоны упругопластического состояния прискважинной части соляного массива. 2 ил.

 

Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин акустическими методами и предназначено для выявления зон пластической деформации соли в разрезе глубоких скважин.

Целью изобретения является повышение оперативности и достоверности выявления зон текучести соли в разрезах скважин.

При строительстве глубоких поисково-разведочных скважин в условиях развитой соляной тектоники имеют место такие специфические проблемы проводки и крепления скважин, как деформации стволов и обсадных технических колонн в результате пластического течения соли. При бурении в соленосных отложениях, характеризующихся неоднородностью литологического состава и физико-механических свойств, первостепенной задачей является оперативное выявление зон вероятной текучести соли, что позволит принять своевременные и обоснованные решения по дальнейшей безаварийной проводке и креплению скважин.

Известен способ [1] прогнозирования устойчивости ствола скважины в соляном массиве, который заключается в определении интервалов потенциальной текучести соли в открытом стволе скважины по превышению бокового горного давления, определяемого по скорости продольных и поперечных волн акустического каротажа, над гидростатическим давлением столба бурового раствора при моделировании условий, определяющих напряженное состояние соляного массива после цементирования скважины путем снижения гидростатического давления.

Недостатком данного способа является трудоемкость сопутствующих технологических операций и необходимость проведения повторных геофизических исследований в скважине.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ контроля напряженного состояния в массиве горных пород [2], заключающийся в непрерывном излучении стабильных по амплитуде монохроматических гармонических сигналов одновременно на не менее чем двух частотах звукового диапазона, а напряженное состояние в массиве горных пород и начало критического состояния пород определяют по соотношению напряжений на разрыв на двух частотах.

Недостатком этого способа является техническая сложность реализации, так как для этого требуется использование не менее двух существующих или специально пробуренных новых скважин, а также применение источников возбуждения, одновременно работающих на двух фиксированных частотах.

От известных способов выявления зон текучести соли в разрезе скважин предлагаемый способ отличается тем, что признаки неоднородности прочностных свойств массива соли в прискважинной области выявляются в поле волнового сигнала путем его спектральной обработки в процессе однократного проведения акустического каротажа, что обуславливает оперативность и достоверность решения задачи.

Сущность предлагаемого способа заключается в оперативном выявлении зон потенциальной текучести соли в открытом стволе скважин по данным акустического метода исследований, а именно проведением спектрального анализа волнового сигнала и его нормализации по опорному пласту с устойчивыми физико-механическими свойствами. Такие зоны выявляются по затуханию амплитуд частотных составляющих в высокочастотной области спектра сигнала при прохождении зоны упругопластического состояния прискважинной части соляного массива относительно видимой частоты излучаемого сигнала, характеризуемого устойчивой спектральной плотностью. Предпосылки решения этой задачи заключаются в зависимости затухания упругих волн с ростом частоты акустического сигнала, что в определенной степени связано с проявлением неидеальной упругости (вязкости) пород (Ивакин Б.Н., Карус Е.В., Кузнецов О.Л. Акустический метод исследования скважин. - М.: Недра, 1978).

Способ осуществляют следующим образом.

При выполнении исследований акустическим методом в открытом стволе скважин в интервалах солей отмечена избирательность спектра волнового сигнала к радиальной неоднородности физико-механических свойств соли в прискважинной части массива. В последующем при креплении ствола скважины в этих интервалах произошла деформация обсадной колонны. При частотном анализе волнового акустического сигнала обнаружено, что такие интервалы пластически деформированной соли проявляются повышенным затуханием амплитуд в высокочастотной части спектра при устойчивой максимальной спектральной плотности на частоте, соответствующей видимой частоте излучаемого сигнала.

По предложенному способу осуществляют преобразование спектра волнового сигнала, которое заключается в нормализации амплитуд всех составляющих спектра к одному максимальному уровню, условно принимаемому равным единице. Для нормализации спектра принимается амплитудно-частотная характеристика сигнала в опорном пласту, представленном породами с устойчивыми физико-механическими свойствами, какими в хемогенных отложениях являются ангидрит или полигалит.

Результаты частотной обработки волнового сигнала по предложенному способу представляются в виде цветомодулированного поля частота-глубина, где динамика изменения каждой составляющей спектра в заданном частотном диапазоне отображается цветовой палитрой.

Пример осуществления способа приведен на фиг.1 и фиг.2.

На фиг.1 представлен фрагмент геофизического разреза в соленосных отложениях, где в интервале 2910-3105 м произошло смятие высокопрочной обсадной технической 9" колонны с толщиной стенок 15.88 мм. По данным трубной профилеметрии участки деформации колоны отмечаются минимальными Dmin и максимальными Dmax значениями диаметра. Как по данным бурения, так и по данным стандартного комплекса геофизических исследований в открытом стволе явных признаков текучести соли в этом интервале отмечено не было.

В приведенном примере обработки нормализация спектра акустического сигнала выполнена по опорному пласту, представленному полигалитом в интервале 3150-3230 м с геофизическими характеристиками: интервальное время продольных волн dTp=178 мкс/м и плотность пород ρ_п=2.83 г/см³.

На фиг.1 видно, что локальное затухание сигнала в высокочастотной области соответствует интервалу деформации обсадных колонн. По качественным признакам изменения спектра выделяется зона, где соль в пластически деформированном состоянии в прискважинном пространстве ведет себя как фильтр с крутыми характеристиками на частотах 40-45 кГц.

На фиг.2-а и 2-б представлены отдельные волновые картинки акустического сигнала и их спектры, соответствующие участкам в разрезе скважины: в устойчивом состоянии соли на глубине 2860 м, где колонна толщиной стенок 12.8 мм осталась неизменной, - (а) и пластически деформированной соли, вызвавшей смятие высокопрочной колонны на глубине 3075 м, - (б). На фиг.2-в представлены соответствующие им спектры (2) и (3), нормализованные по опорному пласту, условно принятому за единицу (1). Предложенный способ обработки акустического сигнала позволяет выявить и контрастно представить изменения амплитуд в высокочастотной области спектра в сравнении с их исходным спектром на неоднородностях приконтурной части скважины.

Экономическая эффективность предложенного способа заключается в высокой точности и достоверности результатов.

Источники информации

1. Авторское свидетельство РФ № 2243371 С1, кл. 7 E21B 47/00, 2004.12.27.

2. Авторское свидетельство SU № 949594, G01V 1/40, 1982.07.08.

Способ выявления зон пластически деформируемой соли в разрезе скважин, включающий геофизические исследования акустическим методом и спектральный анализ волнового сигнала, отличающийся тем, что производят нормализацию амплитуд всех составляющих спектра к одному максимальному уровню, условно принимаемому равным единице, причем для нормализации спектра принимают амплитудно-частотную характеристику сигнала в опорном пласте, представленном породами с устойчивыми физико-механическими свойствами, например ангидрит или полигалит, а зоны пластически деформируемой соли в разрезе скважин выявляют по затуханию амплитуд частотных составляющих в высокочастотной области спектра волнового акустического сигнала относительно видимой частоты излучаемого сигнала, характеризуемого устойчивой спектральной плотностью, при прохождении зоны упруго-пластического состояния прискважинной части соляного массива.