Способ акустического каротажа и устройство для его осуществления

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

farl ислния

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

« )744408 (6! ) jl,înîëíè Tåëüíîå к авт. свил-ву

/ (22) Зая влено 16.09.77 (21) 2524717/18-25 (5l jM. Кл.

G 01 Ч 1/40

Е 21 В 47/00 с присоединением заявки,%—

Гасударстввнный квинтет (23) Приоритет— ю по делам нзобрвтеннй и открытнй

Опубликовано 30.06.80. Бюллетень .% 24

Дата опубликования описания 30.06.80 (5З) УДК 550.83 (088.8) (72) Авторы изобретения

С. М. Вдовин, П. А. Прямов и О . А. Вдовина

Всесоюзный научно-исследовательский институт нефтепромысловой геофизики (7!) Заявитель (54) СПОСОБ АКУСТИЧЕСКОГО КАРОТАЖА

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУШЕСТВЛЕНИЯ

/.

Изобретение относится к области промыслово-геофизических исследований нефтяных и газовых скважин и может быть использовано для определения газового фактора в скважинной жидкости акустическим методом. . S

При геофизических исследованиях разведочных и действующих нефтяных и газовых скважин из актуальных вопросов является определение газового фактора — измерение содержания свободного газа, а также количества и размеров газовых пузырьков в скважинной жидкости.

Известен способ акустического каротажа скважин при помощи устройства, которое содержит скважинный прибор, соединенный ка15 ротажным кабелем с наземной панелью. Скважинный прибор этой аппаратуры имеет структуру ИП, ИП П или И,И П и содержит задающий генератор, генераторы токовых импульсов для возбуждения излучателей и усилитель сигнала с приемника. Наземная панель содержит блок питания, синхронизатор, измерители амплитуд или затухания принимаемого сигнала, регистратор (1).

Однако излучатели работают в импульсном режиме на одной частоте, отсутствует схема изменения интенсивности излучения, что не позволяет использовать данное устройство для определения газового фактора скважинной жидкости.

Известен также способ акустического каротажа, который реализуют при помощи устройства, содержащего несколько излучателей с различными собственными резонансными частотами, приемник, собственная резонансная частота которого находится вдали от частот излучателей, акустический изолятор, задающие генераторы, генераторы токовых импульсов и усилитель принимаемого сигнала, а также иэ наземной панели, которая содержит блок питания, синхронизатор, усилитель, систему узкополосных фильтров, детектор и регистратор (2).

Способ реализуют следующим образом.

При движении скважннного прибора вдоль ствола скважины одновременно на разных частотах возбуждают все излучатели и воздействуют через породу на приемник. Мощность излучения выбирается как можно ниже порога

3 744408 кавитации (не регулируется), но достаточная для уверенной регистрации сигнала приемником, Приемник преобразует упругие колебания в некоторый сложный сигнал с составляющими соответствующих частот. Колебания со сложным спектром усиливаются и иэ скважинного прибора поступают по кабелю в наземную панель, где сигнал усиливается и системой узкополосных фильтров распределяется на составляющие его частоты. КОлебания этих частот с различной ам- 10 плитудой, определяемой частотной характернСтикой тракта передачи, включая исследуемую горную породу, детектируются и поступают на панели регистратора. Аппаратура позволяет регистрировать частотные характеристики 15 в аиде непрерывной вдоль скважины каротажной диаграммы, отражающей трансмиссионные свойства горных пород для нескольких дискретных частот, соответствующих собственным частотам используемых излучателей (21.

Недостаток известного устройства заключается в том, что аппаратура не позволяет определить газовый фактор скважинной жидкости.

Цель изобретения — измерение газового фактора жидкости в скважинных условиях в про- 25 цессе непрерывного каротажа.

Поставленная цель достигается тем, что ъ каждой точке измерения возбуждают колебания поочередно на четырех частотах, одна из

30 которых в два и более раза меньше резонансной частоты собственных колебаний газовых пузырьков наибольших размеров, а другие— соответствуют резонансным частотам собственных колебаний пузырьков наибольших, наименьших и промежуточных размеров, изменяют ин35 тенсивность колебаний, определяют величину акустического давления, при котором образуется кавитация, и по количеству и размерам газовых пузырьков и концентрации свободного газа (регистрируют по изменению спектра излуФО чаемого сигнала) определяют.газовый фактор скважинной жидкости. Устройство для регулирования способа включает скважинный прибор, содержащий электроакустические излучатели, приемник и задающие генераторы и соединен45 ный через каротажный кабель с наземной панелью, включающей усилитель полного сигнала и регистратор, отличается тем, что в скважинный прибор введены коммутатор, схема регулирования мощности излучения и усилители мощности, причем задающие генераторы соединены через коммутатор и схему регулирования с соответствующими усилителями мощности, Ъ запускающими излучатели, а в наземную панель введены блок управления коммутатором и схе55 мой регулирования мощности излучения, расположенных в скважинном приборе, детекторы,. усилители низкой частоты и постоянного тока, причем выход усилителя полного сигнала со- единен со входом детектора, выход которого через усилитель низкой частоты и второй детектор подключен к усилителю постоянного тока, соединенному с регистратором, Способ основан на зависимости частотных и амплитудных характеристик регистрируемых сигналов от количества и величины газовых пузырьков в скважинной жидкости. Зная этн величины и определив концентрацию свободного газа в скважинкой жидкости, определяют газовый фактор скважинной жидкости. . Способ реализуют следующим образом.

В любой точке ствола скважины (нли последовательно в нескольких точках) поочередно возбуждают акустические колебания на нескольких частотах, но не менее четырех f,, f, f3 и f<,. Частота f> соответствует резонансной частоте собственных колебаний пузырьков газа наибольших размеров, которые присутствуют в скважинной жидкоспь. Увеличивая интенсивность колебаний на этой частоте, определяют величину акустического давления„прн которой происходит разрыв скважинной жидкости— образуется кавитацня, появление которой определяют по изменению характера излучаемого сигнала, Включают сигнал и в этой же точке скважины возбуждают акустические колебания с частотой 1з, которая соответствует резонансной частоте собственных колебаний газовых . пузырьков наименьших размеров, которые существуют в буровом растворе. Увеличивая интенсивность колебаний, определяют величину акустического давления, при котором возникает кавитация. Выключают этот ситнал и эти же операции повторяют для акустических колебаний с частотой fz, которая соответствует среднему размеру газовых пузырьков. По результатам измерений определяют ту часть газового фактора, которая зависит от количества и размеров газовых пузырьков в скважинкой жидкости. Далее в этой же точке скважины возбуждают акустические колебания с частотой 1, которая не менее чем в два раза меньше самой низкой резонансной частоты собственных колеGamA пузырьков, Изменяя ф тенсивность колебаний, измеряют величину акустического давления, при которой возникает кавитацня и определяют ту часть газового фактора, которая зависит от концентрации в жидкости свободного газа. Определение величины газового фактора по результатам измерений производят либо путем вычислений, либо ло палеточным зависимостям, полученным на модельных установках.

Возможно определение относительного изменения величины газового фактора в функции глубины скважины в процессе непрерывного каротажа. С этой целью определяют газовый фактор

744408

5 с помощью вышеперечисленных операций на з4зое скважины. Затем возбуждают акустические колебания одновременно на всех четырех частотах с интенсивностью ниже кавитационного порога бурового раствора и начинают перемещать скважинный прибор вдоль ствола скважины. Изменение характера одного иэ четырех излучаемых сигналов (или всех вместе) свидетельствует об увеличении газового фактора и о характере изменения газосодержания в сква- ЧО жиччной жидкости = увеличении числа, размера ° газовых пузырьков или концентрации свободного газа, На чертеже изображена блок-схема устройства, реализующего способ. Чб

Устройство состоит из скважинного прибора 1, соединенного через каротажный кабель 2 с наземной панелью. Скваяачнный прибор содержит четыре магнитострикционных излучателя

И1И ИзИ и блок 3 электроники, которьй со- 2О стоит из четырех задающих генераторов, схемы регулирования мощности излучения, схемы коммутирования каналов и четырех регулируемых усилителей мощности для возбуждения соответствующих излучателей, соединенных также че- ру рез схему коммутирования каналов с наземной панелью через каротажньй кабель (на чертеже не обозначены). Наземная панель включает блок

4 управления коммутатором и схемой регулирования мощности излучения в скважинном приборе, усилитель 5 полного сигнала, детектор 6, усилитель 7 низкой частоты, второй детектор 8, усилитель 9 постоянного тока, регистратор 10 и контрольный прибор 11 (ламповьй вольтметр) .

Конструктивно излучатели в сиважинном приборе располагаются как можно ближе друг к друту, но не ближе, чем на расстояние одной цолуволны (3 см) из-за искажения ближнего поля давлений. Это условие связано с,щ единственностью измерений в одной точке исследования и определяет точность измерения газового фактора в единичном объеме скважины.

Устройство работает следующим образом.

Скважинный прибор устанавливается в выбранную точку исследований. Из блока 4 управления коммутатором в скважинном приборе отключаются от схем возбуждения и регистрации преобразователи И ИзИ . Излучатель И, возбуждают в непрерывном режиме на частоте, соответствующей собственной резонансной час- ь тоте колебаний газовых пузырьков наибольших размеров. Изменяя иэ блока 4 и;нтенсивность колебаний, определяют момент появления кавитации в скважинной жидкости. При достиже нии пороговой амплитуды давлейия кавитационные шумы наряду с отраженным от акустических каверн сигналом попадают на излучатель, преобразуются в электрические колебания и хаотически модулируют возбуждающее напряжение на излучателе, Этот модулированный сигнал подается по кабелю в наземную панель, где усиливается широкополосным усилителем 5, детектируется на детекторе 6 и каскадами 7 — 9 формируется в импульс постоянного тока, который поступает на регистратор 10 и контрольньй прибор ll. По градуировочной шкале из меряется величина акустического давления Р,.

Затем из блока 4 в Наземной панели отключается преобразователь И в скважинном приборе и поочередно подключаются в возбуждавтся излучатели И ИэИ на частотах, соответствующих собственным резонансным частотаьг колебаний газовых пузырьков наименьших и промежуточных размеров — fq, Фэ, а таки® на частоте f< не менее, чем в два раза меньшей, чем частота f . Изменяют интенсивность излучения каждого преобразователя и в момент появления кавитации по градуировочной шкале измеряют величины акустических давлений Р2, Рэ, Р, по,, которым определяют количество газовых пузырьков наибольших, наименьших и промежуточных размеров, а также концентрацию свободного газа в скважинной жидкости.

Предлагаемые способ и устройство для акустического каротажа позволяют определять газовый фактор в скважине в процессе непре-рывного каротажа и повысить эффективность исследований.

Формула изобретения

1. Способ акустического каротажа, включающий возбуждение на нескольких частотах и регистрацию упругих колебаний в скважине, о т и и ч а ю шийся тем, что, с целью измерения газового фак ора жидкости в скважинных условиях в процессе непрерывного каротажа, в каждой точке измерений возбуждают колебания поочередно на четырех частотах, одна из которых в два или более раэ меньше резонансной частоты собственных колебаний газовых пузырьков наибольших размеров, а другие — соответствуют резонансным частотам собственных колебаний пузырьков наибольших, наименьших и промежуточных размеров, изменяют интенсивность колебаний, определяют ве- личину акустического давления, при котором образуется кавитация, и по количеству и размерам газовых пузырьков и концентрации свободного газа определяют газовый фактор скважинной жидкости.

2. Устройство для его осуществления по п. 1, включающее скважинньй прибор, содержащий электроакустические излучатели, прием7

Составитель 3. Волконский

Редактбр В. Романенко Техред р Олиян

1орректор М. Вигула

Заказ 3784/9 Тираж 649 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий.113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 .Ф

«Щ ь м г- ъ пик и задающие генераторы и соединенный через каротажный кабель с наземной панелью, включающей усилитель полного сигнала и регистратор, о,т л и ч а ю щ е е с я тем, что в скважинный прибор введены коммутатор, схема регулирования мощности излучения и усилители мощности, причем задающие генераторы соединены через коммутатор и схему регулирования с соответствующими усилителями мощности, запусканлцими излучатели, а в наземную панель введены блок управления коммутатором и схемой регулирования мощности излучения, расположенных в скважинном приборе, детекторы, усилители низкой частоты и постоянного тока, причем выход усилителя полного сигнала соединен со входом детектора, выход которого через усилитель низкой частоты и второй детектор подключен к усилителю постоянного тока, соединенному с регистратором.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США У 3208548, кл. 181 — 05, 1965.

2. Патент США У 3175638, кл. 181-05, 1969 (прототип) .