Способ определения физических характеристик скважинной среды и обсаженных скважин

 

О П И С А Н И Е,964122

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Соцмалмстмческми

Республик (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 12.02.81 (21) 3247709/22-03 (51) М. (.р з

Е 21 В 47/10 с присоелинением заявки.%

Гасударственный комитет (23) Приоритет но делам нзобретеннй н отхрмтнй

Опубликовано 07.10.82. Бюллетень № 37

Дата опубликования описания 08.10.82 (53) УД К 622 2 77 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. Н. Носов, Ю.В. Тюкаев, В; А. Виноградов и М. П.

Всесоюзный научно-исследовательский институт яд и геохимии (7I ) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

СКВАЖИННОЙ СРЕДЫ И ОБСАЖЕННЫХ СКВАЖИН

Изобретение относится к способам воздействия на горные породы, в частности на нефтеносные пласты, с целью увеличения притока нефти при осуществлении добычи и при разведке на нефть и гаэ.

Известен способ определения рабочей

5 частоты скважин ных цреобразователей, включающий операции определения скорости, распространения звука в материале активного элемента и диаметра последне- о го, исходя иэ диаметра скважины $1).

Недостатком этого способа является отсутствие связи с условиями в скважине, в частности с физико-механическими свойствами скважинной среды, толщиной цементного слоя, и в связи с этим малая точность определения частоты для получения эффективного воздействия. Известен также способ определения физических характеристик скважинной среды и обсажен- то ных сжважин, включающий определение воздействия акустической частоты (2 $

К недостаткам известного способа относится то, что нет связи рабочей частоты с размерами излучателя, толщиной цементного слоя и наружным диаметром трубы обсадной колонны или расстоянием до озвучиваемой горной породы от стенки излучателя; нет связи параметров с длиной волны излучаемого ультразвука в ,скважинной среде, воздействие нестабильно и неэффективно, а также малая точ-. ность определения рабочей частоты воздействия вследствие того. что не учитываются температура и статическое давление на скорость распространения звука в сжважине и положение излучателя в ней.

Поэтому способ-прототип невозможно применять практически и пригоден он лишь для прикидочных теоретичесесих расчетов.

Цель изобретения - повышение точнооти определения рабочей частоты и эффек:тивности воздействия на нефтяной пласт.

Для достижения указанной цели перед акустическим воздействием проводят акуотический каротаж, по данным которого определяют толщину пементного слоя,рас.;стояние от стенки нефтяного пласта до

9641 22

А, +2U,-4+25 цементного слоя и скорость распростране ния продольной волны в среде скважины, измеряют диаметры акустического излу чателя и обыдной колонны и определяют рабочую частоту воздействия из соотноше 5 ния где С - скорость распространения продольной волны в среде, заполняющей пространство скважины в месте воздействия;

Д - диаметр обсадной колоннь|;

U - толщина цементного слоя;

А - диаметр акустического излучателя;

Б - расстояние от нефтяного пласта до цементного слоя.

На чертеже представлена схема осуществления предлагаемого способа.

В горной породе 1, являющейся вмещающей, пробурена скважина, в которую помещена труба обсадной колонны 2 на- ружным диаметром Д, а снаружи нее пространство заполнено цементом 3 толшиной U. Внутри скважинь. в центре колонны подвешен на кабспе-тросе акустический излучатель 4, осесимметрично поддерживаемый центратором 6. В зоне перфорации, в которой находится нефтяной пласт 6, размещены перфорационные отверстия 7. Диаметр акустического излучателя 4 равен А, расстояние от нефтяного пласта до стенки цементного слоя Б.

Способ определения рабочей частоты акустического воздействия осуществляют следующим образом.

Перед началом воздействия с помощью

40 аппаратуры акустического каротажа на отраженных волнах, например профилемера, производят исследование акустических параметров скважинной среды и нефтяного пласта с целью определения расстояния от стенки последнего до стенки излу45 чателя 4 и скорости распространения продольной волны в скважинной среде в предполагаемой зоне воздействия. Ско=:. рость распространения продольной волны

С измеряют по времени распространения эхо-сигнала и величине расстояния между стенками излучателя-приемника указанной иишэ аппаратуры и обсадной колонны С=.

=Д-А/Т, где Т-время распространения эхосигнала в скважинной среде.,Так как темпе- 55 ратура и давление с глубиной в скважине изменяются медленно, то для большей точности измерение скорости звука С можно

4 проводить над или под перфорационными отверстиями 7. Полученную скорость уточняют по палеткам, составпенйым с учатом на личия гидростатического давления в зоне перфорации и температуры в ней. С помощью аппаратуры измеряют толщину цементного слоя Ц в зоне перфорационных отверстий 7. Расстояние от стенки нефтяного пласта до стенки излучателя 4 равно

Д/2 + U — А/2 + Б (1).

При этом раздельное определение величин Ц и Б необязательно, так как в формуле (1 ) они входят как сумма, величина которой может быть определена из данных акустического каротажа из соотношения СТ = (Д/2 - A/2 + Ц + Б) М, причем М = 1, 2, 3 ... Практический интерес представляет случай, когда М = 1, т.е. воздействие ведется на самых низких частотах, когда потери акустической энергии в слое жидкости, заполняющей скважину, вследствие затухания будут минимальными.

Опущенный после проведения каротажа в скважину акустический излучатель

4 будет эффективно озвучивать нефтяной пласт 6 лишь в том случае, если на указанном расстоянии между стенками излучателя и нефтяного пласта будет укладываться целое число полуволн и Л/2, соответствующих оптимальной частоте воздействия. В этом случае слой жидкости между стенками акустического излучателя 4 и нефтяного пласта 6 будет в волновом отношении звукопрозрачным и на прохождение звука к нефтяному пласту будет оказывать влияние только частотнозависимое затухание, которым можно пренебречь на низних частотах и вследствие небольшой толщины слоя.

Так как длина акустической волны равна частному от деления скорости на частоту

1, т.е.

f=C/Х,(1) . то наиболее оптимальная частота акусти= ческого воздействия равна

У =2С/Л (3)

Подставляя в формулу (3) вместо Л /2 сумму Д/2+ U+ Б --A/2, получим соотношение для определения оптимальной рабочей частоты акустического воздействия

С (4)

Д+ 2U,-Л+Ы из которого следует, что для вычисления частоты измеряют внешний диаметр об5 9641 садной колонны (или его берут из паспорта на скважину) и диаметр акустического излучателя..Так как величины Д, Б, IL, С и А для данных условий изменить нельзя (величина А изменяется с большим трудом), то для выбора оптимальной рабочей частоты необходимо иметь ряд акусгических излучателей, настроенных на различные частоты. После определения частоты по формуле (4) из ряда будет 30 взят излучатель с наиболее близкой к расчетной резонансной частотой. Например, для типичных условий Самотлорского месторождения нефти С = 1280м/с, Д =

= 0,168м, А = 0,1 м. Пусть Б=О, а 1$ средняя величина Ц по высоте отверстий

7 составляет порядок 0,05 м. Подставляй приведенные значения A. Б, С,1l и Д в формулу (4), получим, что рабочая чаотота акустического воздействия должна 20 быть 7650 Гц.

Акустическое воздействие обеспечивается и его целесообразно проводить, если мощность воздействия звука уменьшается на 3 дБ. Это происходит в том случае, 25 если расстояние между стенками нефтяного с пласта и излучателем отличается от длины полувопны на 1/8й . Кроме того, же.-.. лательно, чтобы расстояние вообще не превышапо 5 /8, что соответствует воз-. зц действию на очень низких частотах. Если расстояние равно или кратно четверти длины волны, причем М = 1,3,5 ..., воздействие может оказаться непродолжительным и неэффективным вследствие некоторого прохождения акустической энергии в пласт и большого отражения энергии от стенки цласта 6 в Сторону излучателя 4, что вызывает его перегрев и выход из строя. 40

Предлагаемый способ позволит получить повышенную эффективность воздействия как для увеличения притока нефги иэ старых скважин, так и для осуществления более эффективного нейтронного каротажа (системы каротаж - воздействие — каротаж), что даст возможность увеличить чувствительность в 3-5 раэ.

Точность выбора оптимальной частоты гарантируется введением каротажа перед воздействием, правильным использованиеМ

22 6 полученных данных и палеток. Преимуществом предлагаемого способа являетоя его простота, ясность, высокая точность, которая повышается в 3-5 раэ, позволяя увеличить эффективность воздействия в

5-10 раз. Экономический эффект от внедрения изобретения составит порядка

1000-5000 руб. на одну обработанную скважину.

Формула изобретения

Способ определения физических характеристик скважинной среды и обсаженных скважин, включающий определение воэдействия акустической частоты, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности определения и эффективности акустического воздействия, перед акустическим воздействием проводят акустический каротаж, по данным которо го определяют толщину цементного слоя и скорость распространения продольной волны в среде скважины в зоне воздействи, измеряют диаметры акустичеакого излучателя и обсадной колонны и определяют рабочую частоту воздействия иэ соотношения:

С ,а,+2Ц-А+26 где С - скорость распространения продольной волны в среде, заполняющей пространство скважины в зоне акустического воздействия;

Д - наружный диаметр обсадной колонны;

Б - голщина цементного слоя;

А - диаметр акустического излучателями

Б — расстояние от стенки нефгяного пласта до цементного слоя.

Источ ники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Ивакин Б. Н. и др. Акустический метод исследования скважин. N., Недра,, 1978, с. 122, 126.

2. Ефимова С. А. G параметрах термоакустичэского воздействия на пласты в условиях скважин. Сб. Скважинная геоакустика, М., ВНИИЯ1Т, 1975, с. 92.

Составитель И. Карбачинская

Редактор Л. Филь Техред М. Надь Корректор Н. Король

Закж 7574/3 Тираж 623 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по-делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4