Большая Энциклопедия Нефти и Газа. Акустический каротаж цемента


8.5 Акустический каротаж цементирования

Изучение качества цементирования затрубного пространства акустическим каротажем основано на различии затухания и скорости распространения упругих колебаний в зависимости от плотности сцепления цементного камня с колонной и стенкой скважины.

Качество цементирования оценивается по трем измеряемым параметрам: амплитуде продольной волны в колонне Ак, амплитуде продольной волны в породе Ап и времени распространения продольной волны в породе tп. Измерение указанных параметров осуществляется с помощью специальных скважинных приборов - акустических цементомеров АКЦ.

На диаграмме акустического цементомера, на которой одновременно регистрируются кривые Ак, Ап и tп, определяют:

-Высоту подъема цемента за колонной;

- Наличие или отсутствие цемента за колонной;

-Присутствие каверн, каналов и трещин в цементном камне;

-Качество сцепления цемента с колонной и стенкой скважины;

-Характеристику процесса формирования цементного камня во времени (путем сопоставления результатов временных замеров).

О качестве цементирования основную информацию несут параметры Ак и tп. Малая амплитуда Ак (не более 0.2 от максимального значения) служит основным признаком сцепления цементного камня с колонной, большая (не менее 0.8 от максимального значения) указывает на отсутствие этого сцепления. Отклонение времени распространения продольной волны в породе tп от времени пробега упругой волны по колонне tп служит признаком наличия цемента за колонной и его сцепления с ней.

Характерные аномалии на кривых tп и Ак, связанные с отбивкой муфтовых соединений колонны, являются признаком плохо сцементированных интервалов или отсутствия сцепления цементного камня с колонной. На основании перечисленных признаков оценивают качественное состояние цементного камня в затрубном пространстве с выделением интервалов, характеризующихся:

- наличием в затрубном пространстве цементного камня, жестко связанного с колонной - хорошее сцепление;

- неполным заполнением затрубного пространства цементным камнем или плохой связью с колонной - плохое сцепление;

- чередованием участков, хорошо и плохо сцементированных с колонной, содержащих и не содержащих цементный камень в затрубном пространстве - частичное сцепление;

Плохому сцеплению может соответствовать наличие вертикального канала в цементном кольце, эксцентричное положение колонны по сечению скважины, наличие зазора между колонной и цементным кольцом, заполненным промывочной жидкостью или глинистой коркой, плохое качество цементного раствора, которое возможно вследствие перемешивания его с промывочной жидкостью в процессе цементирования скважины.

Таблица 8.1

Схема интерпретации диаграмм АКЦ

Амплитуда Ак

Величина tп

Отбивка муфт

Результаты интерпретации

Максимальная

tп=tк

отбиваются

Цемент отсутствует или не сцеплен с колонной

0.2-0.8 от максимального значения

tп≈tк

отбиваются

Плохое сцепление цемента с колонной, частичное сцепление цемента с колонной

Минимальная (нулевая)

tп>tк

Не отбиваются

Хорошее сцепление цемента с колонной

Средняя

tп<tк

Не отбиваются

То же

То же

tп≈tк

Не отбиваются

Требуются дополнительные данные

Под частичным сцеплением подразумевается чередование участков с хорошим и плохим сцеплением цементного камня с колонной.

studfiles.net

АКУСТИЧЕСКИЙ КАРОТАЖ (АК). ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДА. ИНТЕРПРЕТАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ КАРОТАЖА. АКУСТИЧЕСКИЙ ЦЕМЕНТОМЕР (АКЦ). ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАЧЕСТВА ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ

Количество просмотров публикации АКУСТИЧЕСКИЙ КАРОТАЖ (АК). ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДА. ИНТЕРПРЕТАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ КАРОТАЖА. АКУСТИЧЕСКИЙ ЦЕМЕНТОМЕР (АКЦ). ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАЧЕСТВА ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ - 1808

Акустический каротаж

Сущность метода АК. Акустические (или ультразвуковые) методы исследования скважин основаны на изучении упругих свойств горных пород, пройденных скважиной.

Существуют методы, основанные на изучении полей упругих колебаний, вызванных естественными или техногенными причинами, к примеру, шумометрия, изучающая шумы при поступлении нефти или газа в ствол скважины.. При этом наибольшее развитие получили методы, основанные на изучении упругих полей, вызванных искусственными источниками колебаний, расположенных в скважинœе. Существуют методы, изучающие времена прихода или скорости распространения упругих волн, то есть кинœематические характеристики волн. Также существуют методы для изучения амплитуд колебаний волн или затухания волн, то есть динамические характеристики волн. Современные модификации аппаратуры позволяют регистрировать и изучать одновременно и кинœематические, и динамические характеристики, так называемую волновую картину всœего пакета волн. Такой метод принято называть волновым акустическим каротажем (ВАК).

Физические основы АК. Для выяснения физической сущности акустического каротажа рассмотрим особенности распространения упругих колебаний.

В случае если в элементарном объёме некоторой упругой среды в течение короткого времени действует внешняя возбуждающая сила, то в среде возникают напряжения, вызывающие относительное перемещение ее частиц. В результате этого воздействия возникают два типа деформаций: деформация растяжения или сжатия и деформация сдвига. Процесс последовательного распространения деформации принято называть упругой сейсмической волной. Различают два типа волн – продольные Р и поперечные S. Продольные волны связаны с деформацией объёма среды. Распространение продольной волны представляет собой перемещение зон растяжения и сжатия, при котором частицы среды совершают колебания около своего первоначального положения в направлении, совпадающем с направлением распространения волны. Поперечные волны обусловлены деформациями формы среды и могут существовать только в твердых телах. Распространение поперечных волн представляет собой перемещение зоны скольжения слоев среды относительно друг друга; частицы среды совершают колебания около своего первоначального положения в плоскости, перпендикулярной к направлению распространения волны. Продольная волна распространяется приблизительно в 1.75 раза быстрее поперечной волны, то есть Vр/ Vs = 1.73.

Упругая волна, распространяясь во всœе стороны, захватывает всœе более удаленные области. Поверхность, отделяющая в данный момент времени область среды, в которой уже возникло колебание частиц, от той, где колебания еще не наблюдаются, принято называть фронтом волны. Линии, нормальные к волновым поверхностям, носят название лучей. В случае если упругая волна достигает границы раздела двух сред с различными упругими свойствами, часть энергии волны отражается – образуется отраженная волна, а часть проходит через границу – проходящая волна или преломленная волна, так как при этом происходит изменение ее направления по причинœе различия акустических свойств первой и второй среды. Между направлениями падающей и проходящей волн существует следующее соотношение: ,

где a - угол падения, b - угол преломления, V1 и V2 – скорости в среде 1 и среде 2.

Аппаратура АК. Для возбуждения и наблюдения упругих волн в скважину опускают зонд, который может содержать один или несколько излучателœей и приемников упругих волн. Основными видами зондов в настоящее время являются скважинные приборы.

Трехэлементный акустический зонд, состоит из двух излучателœей колебаний и одного прием­ника и обозначается сверху вниз: И2 0.5 И1 1.5 П ( расстояния между излучателями и приемниками даны в метрах). Этот зонд эквивалентен зонду, состоящему из двух приемников и одного излучателя П1 П2 И. Расстояние между приемниками (излучателями) в трехэлементном зонде АК является базой зонда S. Длинœе зонда соответствует расстояние от средней точки между одноименными элементами (ко­торая является точкой записи) до разноименного элемента Ls. Длину зонда L выбирают такой, чтобы получить достаточно интен­сивный сигнал в породах с большим поглощением волн, обычно L = 1.5- 2м.

В качестве излучателя применяют магнитострикционные преобразо­ватели: ферромагнитные вещества, изменяющие форму и размеры под действием переменного магнитного поля. Приемником ультразвуковых колебаний обычно служит пьезоэлект­рический преобразователь, в котором механическая деформация приводит к его электрической поляризации - появлению на электродах электрического напряжения, пропорционального механическому и ме­няющего свой знак вместе с последним (прямой пьезоэлектрический эффект).

Регистрируемые параметры. В случае если записать всœе воспринимаемые приемником колебания, то получим график приходящих к нему волн – волновую картину. На волновой картинœе последовательно отмечаются первое вступление и колебания продольной головной волны Р121, поперечной головной волны Р1S2P1, прямой волны Р1, идущей по раствору, и другие волны. На волновой картинœе первое отклонение от положения равновесия принято называть вступлением волны. После первого вступления на развертке для каждого приемника наблюдается серия гармонических колебаний затухающих продольных, поперечных и других волн. Современная аппаратура акустического каротажа позволяет регистрировать волновую картину распространения упругих колебаний, в связи с этим метод в этой модификации принято называть волновым акустическим каротажем (ВАК).

Стандартная аппаратура акустического каротажа (СПАК, МАК) обеспечивает регистрацию времен первого вступления Т1 и Т2 для первого и второго приемников; амплитуду А1 и А2 первого вступления для ближнего и дальнего приемников; производные величины – время DТ прохождения продольной волны в интервале между П1 и П2 на расстоянии, равном базе акустического зонда : DТ=Т2-Т1 и коэффициент ослабления (затухания) a амплитуды, отнесенный к единице длины . Значения Т1, Т2, DТ регистрируеются в мкс и в мкс/м, А1, А2 – в условных единицах (к примеру, в мВ), a - дБ/м. Амплитуды волн зависят от степени поглощения энергии в среде, наличия в разрезе отражающих границ, ᴛ.ᴇ. от трещиноватости, слоистости горных пород и др.

Интерпретация результатов АК. Параметры акустического каротажа используются как для качественной, так и для количественной интерпретации. Основные решаемые задачи:

- литологическое расчленение разреза и расчет упругих свойств пород;

- локализация трещиноватых пород, трещин гидроразрывов и интервалов напряженного состояния пород;

- определœение коэффициентов межзерновой и вторичной (трещинной, каверновой) пористости коллекторов, характера их насыщения;

- выделœение проницаемых интервалов в чистых и глинистых породах.

Измерения выполняются в необсаженных и обсаженных скважинах.

Вследствие влияния многих факторов диапазоны изменения скоростей (интервального времени) и эффективного затухания продольной волны отдельных литологических разностей достаточно широки. По этой причине по данным АК уверенно выделяются только крупные литологические комплексы. Более тонкая и точная интерпретация проводится в комплексе с другими методами ГИС.

Карбонатные породы с межзерновым типом порового пространства характеризуются минимальными среди остальных горных пород значениями и минимальным затуханием a упругих волн. Величина DТ в песчаниках больше, чем в карбонатных породах и зависит в большей степени от их сцементированности, уплотнения и разности горного и пластового давления. Глины и аргиллиты характеризуются максимальными значениями DТ исходя из глубины залегания. Глинистые породы характеризуются промежуточными показаниями между значениями в чистых карбонатах и песчаниках.

Параметры АК, кроме литологического состава, имеют тесную связь с пористостью горных пород. Общая тенденция является такой, что с увеличением пористости время распространения упругих волн увеличивается.

Наиболее тесную связь с коэффициентом пористости имеет акустический параметр DТ. Связь этого параметра с коэффициентом пористости в наиболее простом ее виде выражается через уравнение среднего времени:

DТ=(1-Кп)DТск+КпDТж, где DТск и DТж – интервальные времена пробега волны в минœеральном скелœете породы и жидкости, заполняющей поры. В случае если значения DТск и DТж известны, то . Величина DТск зависит от минœерального скелœета и характеризуется вполне определœенными значениями, которые для самых распространенных породообразующих минœералов приведены в таблице:

СРЕДА ΔТ,мкс/м ПРИМЕЧАНИЕ
каверна большого диаметра 580-600 максимальные показания
плотные известняки Кп>1% 155-160 минимальные показания
плотные доломиты Кп<1% 140-145  
незацементированная обсадная колонна  
глина 200-270  
песчаник  

С ухудшением контакта между зернами скелœета отмечается заметная потеря энергии упругой волны, уменьшается ее амплитуда и увеличивается затухание a, что используется при интерпретации. Соответственно, увеличение пористости, усложнения структуры порового пространства, наличия трещин приводит к увеличению затухания упругих волн и снижению амплитуд распространения этих волн. Также акустический контакт для минœеральных зерен снижается при наличии глинистости в скелœете породы. Наличие глинистости однозначно приводит к увеличению параметра DТ и увеличению a. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, самые высокие значения параметра a имеют рыхлые, глинистые и трещиноватые породы, самые низкие – плотные породы с низкой пористостью.

В кавернозных породах происходит огибание волны каверн, за счёт чего регистрируемая величина DТ близка к DТ, отражающей межзерновую часть породы. На этом основана оценка кавернозной пористости по комплексу методов ГИС, когда другие методы (НГК, ГГКП) отражают общую пористость пород, а АК – только ее межзерновую часть. Чем крупнее полости и больше удалены друг от друга, тем ближе интервальное время породы DТ к интервальному времени матрицы DТмз. Для карбонатных кавернозных коллекторов кавернозная пористость оценивается следующим образом: Кп кав.=Кп.общ. –Кп мз.

Величина DТж зависит от состава флюида, заполняющего поры. При насыщении пор водой ее величина определяется по номограмме исходя из минœерализации вод, эффективном пластовом давлении, пластовой температуре. В среднем рекомендуется принимать величину DТж равной 560-620 мкс/м. При содержании в поровом пространстве нефти или газа величина DТж зависит от количества их в поровом пространстве Кнг=1-Кв:

DТж=DТвКв+DТнг(1-Кв), где DТнг – интервальное время в нефти данного состава или газе при термобарических условиях пласта. Величина DТн для нефтей составляет 715-770 мкс.м, для газа – от значений, близких к нефти, до 2000 мкс.м для метана.

Акустический цементомер

Акустическая цементометрия (АКЦ) используется в обсаженных скважинах для оценки качества цементирования заколонного пространства. Акустическая цементометрия основана на измерении характеристик волновых пакетов, создаваемых источником колебаний с частотой излучения 20-30 кГц, распространяющихся в колонне, цементе камне и горных породах.

В качестве информации используют:

· амплитуды или коэффициент эффективного затухания волны, распространяющейся по колонне;

· интервальное время и амплитуды или затухание первых вступлений волн, распространяющихся в горных породах;

· фазокорреляционные диаграммы.

Метод позволяет:

- установить высоту подъема цемента;

- выявить наличие или отсутствие цемента за колонной;

- определить наличие каналов, трещин, каверн в цементном камне;

- изучить степень сцепления цемента с колонной и породами.

Когда за колонной цемента нет или он имеется, но не сцеплен с колонной, приемник отмечает продольную волну по колонне. Она имеет максимальную амплитуду вследствие малого затухания и время пробега, соответствующее скорости распространения упругих волн в стали (V=5400м/сек). Против муфтовых соединœений колонны наблюдается уменьшение амплитуды колебаний в связи с рассеянием энергии на резьбе и увеличение время пробега.

В случае если цементное кольцо сцеплено только с колонной, то упругая волна по колонне будет резко ослаблена вследствие демпфирующего влияния цементного кольца и амплитуда Ак будет на уровне помех. В этом случае к приемнику с заметной амплитудой придет волна по цементному кольцу, в котором скорость распространения упругих волн невелика (Vц=2500 м/сек). По этой причине будет регистрироваться максимальное время Тп.

В случае если цементное кольцо одновременно сцеплено с колонной и с породой, то первой к приемнику будет подходить головная волна по породе, так как Vп>Vц. В этом случае кривые Ап и Тп сходны с аналогичными кривыми, полученными в необсаженной колонне и соответствуют кривым других геофизических методов.

Проводится АКЦ через 1-2 суток после цементирования колонны.

В приборах акустической цементометрии используются короткие трехэлементные измерительные зонды с расстоянием между ближайшим излучателœем и приемником от 0.7 до 1.5 м и базой зондов (расстояние между приемниками)- в пределах 0.3-0.6 м. Скважинный прибор центрируется.

referatwork.ru

АКУСТИЧЕСКИЙ КАРОТАЖ (АК) - Легкое дело

АКУСТИЧЕСКИЙ КАРОТАЖ (АК). ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДА. ИНТЕРПРЕТАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ КАРОТАЖА. АКУСТИЧЕСКИЙ ЦЕМЕНТОМЕР (АКЦ). ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАЧЕСТВА ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ

Сущность метода АК. Акустические (или ультразвуковые) методы исследования скважин основаны на изучении упругих свойств горных пород, пройденных скважиной.

Существуют методы, основанные на изучении полей упругих колебаний, вызванных естественными или техногенными причинами, например, шумометрия, изучающая шумы при поступлении нефти или газа в ствол скважины. Однако наибольшее развитие получили методы, основанные на изучении упругих полей, вызванных искусственными источниками колебаний, расположенных в скважине. Существуют методы, изучающие времена прихода или скорости распространения упругих волн, то есть кинематические характеристики волн. Также существуют методы для изучения амплитуд колебаний волн или затухания волн, то есть динамические характеристики волн. Современные модификации аппаратуры позволяют регистрировать и изучать одновременно и кинематические, и динамические характеристики, так называемую волновую картину всего пакета волн. Такой метод называется волновым акустическим каротажем (ВАК).

Физические основы АК. Для выяснения физической сущности акустического каротажа рассмотрим особенности распространения упругих колебаний.

Если в элементарном объеме некоторой упругой среды в течение короткого времени действует внешняя возбуждающая сила, то в среде возникают напряжения, вызывающие относительное перемещение ее частиц. В результате этого воздействия возникают два типа деформаций: деформация растяжения или сжатия и деформация сдвига. Процесс последовательного распространения деформации называется упругой сейсмической волной. Различают два типа волн – продольные Р и поперечные S. Продольные волны связаны с деформацией объема среды. Распространение продольной волны представляет собой перемещение зон растяжения и сжатия, при котором частицы среды совершают колебания около своего первоначального положения в направлении, совпадающем с направлением распространения волны. Поперечные волны обусловлены деформациями формы среды и могут существовать только в твердых телах. Распространение поперечных волн представляет собой перемещение зоны скольжения слоев среды относительно друг друга; частицы среды совершают колебания около своего первоначального положения в плоскости, перпендикулярной к направлению распространения волны. Продольная волна распространяется приблизительно в 1.75 раза быстрее поперечной волны, то есть Vр/ Vs = 1.73.

Упругая волна, распространяясь во все стороны, захватывает все более удаленные области. Поверхность, отделяющая в данный момент времени область среды, в которой уже возникло колебание частиц, от той, где колебания еще не наблюдаются, называется фронтом волны. Линии, нормальные к волновым поверхностям, носят название лучей. Если упругая волна достигает границы раздела двух сред с различными упругими свойствами, часть энергии волны отражается – образуется отраженная волна, а часть проходит через границу – проходящая волна или преломленная волна, так как при этом происходит изменение ее направления по причине различия акустических свойств первой и второй среды. Между направлениями падающей и проходящей волн существует следующее соотношение: ,

где a - угол падения, b - угол преломления, V1 и V2 – скорости в среде 1 и среде 2.

Аппаратура АК. Для возбуждения и наблюдения упругих волн в скважину опускают зонд, который может содержать один или несколько излучателей и приемников упругих волн. Основными видами зондов в настоящее время являются скважинные приборы.

Трехэлементный акустический зонд, состоит из двух излучателей колебаний и одного прием­ника и обозначается сверху вниз: И2 0.5 И1 1.5 П ( расстояния между излучателями и приемниками даны в метрах). Этот зонд эквивалентен зонду, состоящему из двух приемников и одного излучателя П1 П2 И. Расстояние между приемниками (излучателями) в трехэлементном зонде АК является базой зонда S. Длине зонда соответствует расстояние от средней точки между одноименными элементами (ко­торая является точкой записи) до разноименного элемента Ls. Длину зонда L выбирают такой, чтобы получить достаточно интен­сивный сигнал в породах с большим поглощением волн, обычно L = 1.5- 2м.

В качестве излучателя применяют магнитострикционные преобразо­ватели: ферромагнитные вещества, изменяющие форму и размеры под действием переменного магнитного поля. Приемником ультразвуковых колебаний обычно служит пьезоэлект­рический преобразователь, в котором механическая деформация приводит к его электрической поляризации - появлению на электродах электрического напряжения, пропорционального механическому и ме­няющего свой знак вместе с последним (прямой пьезоэлектрический эффект).

Регистрируемые параметры. Если записать все воспринимаемые приемником колебания, то получим график приходящих к нему волн – волновую картину. На волновой картине последовательно отмечаются первое вступление и колебания продольной головной волны Р121, поперечной головной волны Р1S2P1, прямой волны Р1, идущей по раствору, и другие волны. На волновой картине первое отклонение от положения равновесия называется вступлением волны. После первого вступления на развертке для каждого приемника наблюдается серия гармонических колебаний затухающих продольных, поперечных и других волн. Современная аппаратура акустического каротажа позволяет регистрировать волновую картину распространения упругих колебаний, поэтому метод в этой модификации называется волновым акустическим каротажем (ВАК).

Стандартная аппаратура акустического каротажа (СПАК, МАК) обеспечивает регистрацию времен первого вступления Т1 и Т2 для первого и второго приемников; амплитуду А1 и А2 первого вступления для ближнего и дальнего приемников; производные величины – время DТ прохождения продольной волны в интервале между П1 и П2 на расстоянии, равном базе акустического зонда. DТ=Т2-Т1 и коэффициент ослабления (затухания) a амплитуды, отнесенный к единице длины . Значения Т1, Т2, DТ регистрируеются в мкс и в мкс/м, А1, А2 – в условных единицах (например, в мВ), a - дБ/м. Амплитуды волн зависят от степени поглощения энергии в среде, наличия в разрезе отражающих границ, т.е. от трещиноватости, слоистости горных пород и др.

Интерпретация результатов АК. Параметры акустического каротажа используются как для качественной, так и для количественной интерпретации. Основные решаемые задачи:

- литологическое расчленение разреза и расчет упругих свойств пород;

- локализация трещиноватых пород, трещин гидроразрывов и интервалов напряженного состояния пород;

- определение коэффициентов межзерновой и вторичной (трещинной, каверновой) пористости коллекторов, характера их насыщения;

- выделение проницаемых интервалов в чистых и глинистых породах.

Измерения выполняются в необсаженных и обсаженных скважинах.

Вследствие влияния многих факторов диапазоны изменения скоростей (интервального времени) и эффективного затухания продольной волны отдельных литологических разностей достаточно широки. Поэтому по данным АК уверенно выделяются только крупные литологические комплексы. Более тонкая и точная интерпретация проводится в комплексе с другими методами ГИС.

Карбонатные породы с межзерновым типом порового пространства характеризуются минимальными среди остальных горных пород значениями и минимальным затуханием a упругих волн. Величина DТ в песчаниках больше, чем в карбонатных породах и зависит в большей степени от их сцементированности, уплотнения и разности горного и пластового давления. Глины и аргиллиты характеризуются максимальными значениями DТ в зависимости от глубины залегания. Глинистые породы характеризуются промежуточными показаниями между значениями в чистых карбонатах и песчаниках.

Параметры АК, кроме литологического состава, имеют тесную связь с пористостью горных пород. Общая тенденция является такой, что с увеличением пористости время распространения упругих волн увеличивается.

Наиболее тесную связь с коэффициентом пористости имеет акустический параметр DТ. Связь этого параметра с коэффициентом пористости в наиболее простом ее виде выражается через уравнение среднего времени:

DТ=(1-Кп)DТск+КпDТж, где DТск и DТж – интервальные времена пробега волны в минеральном скелете породы и жидкости, заполняющей поры. Если значения DТск и DТж известны, то . Величина DТск зависит от минерального скелета и характеризуется вполне определенными значениями, которые для самых распространенных породообразующих минералов приведены в таблице:

С ухудшением контакта между зернами скелета отмечается заметная потеря энергии упругой волны, уменьшается ее амплитуда и увеличивается затухание a, что используется при интерпретации. Соответственно, увеличение пористости, усложнения структуры порового пространства, наличия трещин приводит к увеличению затухания упругих волн и снижению амплитуд распространения этих волн. Также акустический контакт для минеральных зерен снижается при наличии глинистости в скелете породы. Наличие глинистости однозначно приводит к увеличению параметра DТ и увеличению a. Таким образом, самые высокие значения параметра a имеют рыхлые, глинистые и трещиноватые породы, самые низкие – плотные породы с низкой пористостью.

В кавернозных породах происходит огибание волны каверн, за счет чего регистрируемая величина DТ близка к DТ, отражающей межзерновую часть породы. На этом основана оценка кавернозной пористости по комплексу методов ГИС, когда другие методы (НГК, ГГКП) отражают общую пористость пород, а АК – только ее межзерновую часть. Чем крупнее полости и больше удалены друг от друга, тем ближе интервальное время породы DТ к интервальному времени матрицы DТмз. Для карбонатных кавернозных коллекторов кавернозная пористость оценивается следующим образом: Кп кав.=Кп.общ. –Кп мз.

Величина DТж зависит от состава флюида, заполняющего поры. При насыщении пор водой ее величина определяется по номограмме в зависимости от минерализации вод, эффективном пластовом давлении, пластовой температуре. В среднем рекомендуется принимать величину DТж равной 560-620 мкс/м. При содержании в поровом пространстве нефти или газа величина DТж зависит от количества их в поровом пространстве Кнг=1-Кв:

DТж=DТвКв+DТнг(1-Кв), где DТнг – интервальное время в нефти данного состава или газе при термобарических условиях пласта. Величина DТн для нефтей составляет 715-770 мкс.м, для газа – от значений, близких к нефти, до 2000 мкс.м для метана.

Акустическая цементометрия (АКЦ) используется в обсаженных скважинах для оценки качества цементирования заколонного пространства. Акустическая цементометрия основана на измерении характеристик волновых пакетов, создаваемых источником колебаний с частотой излучения 20-30 кГц, распространяющихся в колонне, цементе камне и горных породах.

В качестве информации используют:

· амплитуды или коэффициент эффективного затухания волны, распространяющейся по колонне;

· интервальное время и амплитуды или затухание первых вступлений волн, распространяющихся в горных породах;

- установить высоту подъема цемента;

- выявить наличие или отсутствие цемента за колонной;

- определить наличие каналов, трещин, каверн в цементном камне;

- изучить степень сцепления цемента с колонной и породами.

Когда за колонной цемента нет или он имеется, но не сцеплен с колонной, приемник отмечает продольную волну по колонне. Она имеет максимальную амплитуду вследствие малого затухания и время пробега, соответствующее скорости распространения упругих волн в стали (V=5400м/сек). Против муфтовых соединений колонны наблюдается уменьшение амплитуды колебаний в связи с рассеянием энергии на резьбе и увеличение время пробега.

Если цементное кольцо сцеплено только с колонной, то упругая волна по колонне будет резко ослаблена вследствие демпфирующего влияния цементного кольца и амплитуда Ак будет на уровне помех. В этом случае к приемнику с заметной амплитудой придет волна по цементному кольцу, в котором скорость распространения упругих волн невелика (Vц=2500 м/сек). Поэтому будет регистрироваться максимальное время Тп.

Если цементное кольцо одновременно сцеплено с колонной и с породой, то первой к приемнику будет подходить головная волна по породе, так как Vп>Vц. В этом случае кривые Ап и Тп сходны с аналогичными кривыми, полученными в необсаженной колонне и соответствуют кривым других геофизических методов.

Проводится АКЦ через 1-2 суток после цементирования колонны.

В приборах акустической цементометрии используются короткие трехэлементные измерительные зонды с расстоянием между ближайшим излучателем и приемником от 0.7 до 1.5 м и базой зондов (расстояние между приемниками)- в пределах 0.3-0.6 м. Скважинный прибор центрируется.

© studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам

http://studopedia.ru

legkoe-delo.ru

АКУСТИЧЕСКИЙ КАРОТАЖ (АК) - строительство

АКУСТИЧЕСКИЙ КАРОТАЖ (АК). ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДА. ИНТЕРПРЕТАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ КАРОТАЖА. АКУСТИЧЕСКИЙ ЦЕМЕНТОМЕР (АКЦ). ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАЧЕСТВА ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ

Сущность метода АК. Акустические (или ультразвуковые) методы исследования скважин основаны на изучении упругих свойств горных пород, пройденных скважиной.

Существуют методы, основанные на изучении полей упругих колебаний, вызванных естественными или техногенными причинами, например, шумометрия, изучающая шумы при поступлении нефти или газа в ствол скважины. Однако наибольшее развитие получили методы, основанные на изучении упругих полей, вызванных искусственными источниками колебаний, расположенных в скважине. Существуют методы, изучающие времена прихода или скорости распространения упругих волн, то есть кинематические характеристики волн. Также существуют методы для изучения амплитуд колебаний волн или затухания волн, то есть динамические характеристики волн. Современные модификации аппаратуры позволяют регистрировать и изучать одновременно и кинематические, и динамические характеристики, так называемую волновую картину всего пакета волн. Такой метод называется волновым акустическим каротажем (ВАК).

Физические основы АК. Для выяснения физической сущности акустического каротажа рассмотрим особенности распространения упругих колебаний.

Если в элементарном объеме некоторой упругой среды в течение короткого времени действует внешняя возбуждающая сила, то в среде возникают напряжения, вызывающие относительное перемещение ее частиц. В результате этого воздействия возникают два типа деформаций: деформация растяжения или сжатия и деформация сдвига. Процесс последовательного распространения деформации называется упругой сейсмической волной. Различают два типа волн – продольные Р и поперечные S. Продольные волны связаны с деформацией объема среды. Распространение продольной волны представляет собой перемещение зон растяжения и сжатия, при котором частицы среды совершают колебания около своего первоначального положения в направлении, совпадающем с направлением распространения волны. Поперечные волны обусловлены деформациями формы среды и могут существовать только в твердых телах. Распространение поперечных волн представляет собой перемещение зоны скольжения слоев среды относительно друг друга; частицы среды совершают колебания около своего первоначального положения в плоскости, перпендикулярной к направлению распространения волны. Продольная волна распространяется приблизительно в 1.75 раза быстрее поперечной волны, то есть Vр/ Vs = 1.73.

Упругая волна, распространяясь во все стороны, захватывает все более удаленные области. Поверхность, отделяющая в данный момент времени область среды, в которой уже возникло колебание частиц, от той, где колебания еще не наблюдаются, называется фронтом волны. Линии, нормальные к волновым поверхностям, носят название лучей. Если упругая волна достигает границы раздела двух сред с различными упругими свойствами, часть энергии волны отражается – образуется отраженная волна, а часть проходит через границу – проходящая волна или преломленная волна, так как при этом происходит изменение ее направления по причине различия акустических свойств первой и второй среды. Между направлениями падающей и проходящей волн существует следующее соотношение: ,

где a - угол падения, b - угол преломления, V1 и V2 – скорости в среде 1 и среде 2.

Аппаратура АК. Для возбуждения и наблюдения упругих волн в скважину опускают зонд, который может содержать один или несколько излучателей и приемников упругих волн. Основными видами зондов в настоящее время являются скважинные приборы.

Трехэлементный акустический зонд, состоит из двух излучателей колебаний и одного прием­ника и обозначается сверху вниз: И2 0.5 И1 1.5 П ( расстояния между излучателями и приемниками даны в метрах). Этот зонд эквивалентен зонду, состоящему из двух приемников и одного излучателя П1 П2 И. Расстояние между приемниками (излучателями) в трехэлементном зонде АК является базой зонда S. Длине зонда соответствует расстояние от средней точки между одноименными элементами (ко­торая является точкой записи) до разноименного элемента Ls. Длину зонда L выбирают такой, чтобы получить достаточно интен­сивный сигнал в породах с большим поглощением волн, обычно L = 1.5- 2м.

В качестве излучателя применяют магнитострикционные преобразо­ватели: ферромагнитные вещества, изменяющие форму и размеры под действием переменного магнитного поля. Приемником ультразвуковых колебаний обычно служит пьезоэлект­рический преобразователь, в котором механическая деформация приводит к его электрической поляризации - появлению на электродах электрического напряжения, пропорционального механическому и ме­няющего свой знак вместе с последним (прямой пьезоэлектрический эффект).

Регистрируемые параметры. Если записать все воспринимаемые приемником колебания, то получим график приходящих к нему волн – волновую картину. На волновой картине последовательно отмечаются первое вступление и колебания продольной головной волны Р121, поперечной головной волны Р1S2P1, прямой волны Р1, идущей по раствору, и другие волны. На волновой картине первое отклонение от положения равновесия называется вступлением волны. После первого вступления на развертке для каждого приемника наблюдается серия гармонических колебаний затухающих продольных, поперечных и других волн. Современная аппаратура акустического каротажа позволяет регистрировать волновую картину распространения упругих колебаний, поэтому метод в этой модификации называется волновым акустическим каротажем (ВАК).

Стандартная аппаратура акустического каротажа (СПАК, МАК) обеспечивает регистрацию времен первого вступления Т1 и Т2 для первого и второго приемников; амплитуду А1 и А2 первого вступления для ближнего и дальнего приемников; производные величины – время DТ прохождения продольной волны в интервале между П1 и П2 на расстоянии, равном базе акустического зонда. DТ=Т2-Т1 и коэффициент ослабления (затухания) a амплитуды, отнесенный к единице длины . Значения Т1, Т2, DТ регистрируеются в мкс и в мкс/м, А1, А2 – в условных единицах (например, в мВ), a - дБ/м. Амплитуды волн зависят от степени поглощения энергии в среде, наличия в разрезе отражающих границ, т.е. от трещиноватости, слоистости горных пород и др.

Интерпретация результатов АК. Параметры акустического каротажа используются как для качественной, так и для количественной интерпретации. Основные решаемые задачи:

- литологическое расчленение разреза и расчет упругих свойств пород;

- локализация трещиноватых пород, трещин гидроразрывов и интервалов напряженного состояния пород;

- определение коэффициентов межзерновой и вторичной (трещинной, каверновой) пористости коллекторов, характера их насыщения;

- выделение проницаемых интервалов в чистых и глинистых породах.

Измерения выполняются в необсаженных и обсаженных скважинах.

Вследствие влияния многих факторов диапазоны изменения скоростей (интервального времени) и эффективного затухания продольной волны отдельных литологических разностей достаточно широки. Поэтому по данным АК уверенно выделяются только крупные литологические комплексы. Более тонкая и точная интерпретация проводится в комплексе с другими методами ГИС.

Загрузка.

Карбонатные породы с межзерновым типом порового пространства характеризуются минимальными среди остальных горных пород значениями и минимальным затуханием a упругих волн. Величина DТ в песчаниках больше, чем в карбонатных породах и зависит в большей степени от их сцементированности, уплотнения и разности горного и пластового давления. Глины и аргиллиты характеризуются максимальными значениями DТ в зависимости от глубины залегания. Глинистые породы характеризуются промежуточными показаниями между значениями в чистых карбонатах и песчаниках.

Параметры АК, кроме литологического состава, имеют тесную связь с пористостью горных пород. Общая тенденция является такой, что с увеличением пористости время распространения упругих волн увеличивается.

Наиболее тесную связь с коэффициентом пористости имеет акустический параметр DТ. Связь этого параметра с коэффициентом пористости в наиболее простом ее виде выражается через уравнение среднего времени:

DТ=(1-Кп)DТск+КпDТж, где DТск и DТж – интервальные времена пробега волны в минеральном скелете породы и жидкости, заполняющей поры. Если значения DТск и DТж известны, то . Величина DТск зависит от минерального скелета и характеризуется вполне определенными значениями, которые для самых распространенных породообразующих минералов приведены в таблице:

С ухудшением контакта между зернами скелета отмечается заметная потеря энергии упругой волны, уменьшается ее амплитуда и увеличивается затухание a, что используется при интерпретации. Соответственно, увеличение пористости, усложнения структуры порового пространства, наличия трещин приводит к увеличению затухания упругих волн и снижению амплитуд распространения этих волн. Также акустический контакт для минеральных зерен снижается при наличии глинистости в скелете породы. Наличие глинистости однозначно приводит к увеличению параметра DТ и увеличению a. Таким образом, самые высокие значения параметра a имеют рыхлые, глинистые и трещиноватые породы, самые низкие – плотные породы с низкой пористостью.

В кавернозных породах происходит огибание волны каверн, за счет чего регистрируемая величина DТ близка к DТ, отражающей межзерновую часть породы. На этом основана оценка кавернозной пористости по комплексу методов ГИС, когда другие методы (НГК, ГГКП) отражают общую пористость пород, а АК – только ее межзерновую часть. Чем крупнее полости и больше удалены друг от друга, тем ближе интервальное время породы DТ к интервальному времени матрицы DТмз. Для карбонатных кавернозных коллекторов кавернозная пористость оценивается следующим образом: Кп кав.=Кп.общ. –Кп мз.

Величина DТж зависит от состава флюида, заполняющего поры. При насыщении пор водой ее величина определяется по номограмме в зависимости от минерализации вод, эффективном пластовом давлении, пластовой температуре. В среднем рекомендуется принимать величину DТж равной 560-620 мкс/м. При содержании в поровом пространстве нефти или газа величина DТж зависит от количества их в поровом пространстве Кнг=1-Кв:

DТж=DТвКв+DТнг(1-Кв), где DТнг – интервальное время в нефти данного состава или газе при термобарических условиях пласта. Величина DТн для нефтей составляет 715-770 мкс.м, для газа – от значений, близких к нефти, до 2000 мкс.м для метана.

Акустическая цементометрия (АКЦ) используется в обсаженных скважинах для оценки качества цементирования заколонного пространства. Акустическая цементометрия основана на измерении характеристик волновых пакетов, создаваемых источником колебаний с частотой излучения 20-30 кГц, распространяющихся в колонне, цементе камне и горных породах.

В качестве информации используют:

· амплитуды или коэффициент эффективного затухания волны, распространяющейся по колонне;

· интервальное время и амплитуды или затухание первых вступлений волн, распространяющихся в горных породах;

- установить высоту подъема цемента;

- выявить наличие или отсутствие цемента за колонной;

- определить наличие каналов, трещин, каверн в цементном камне;

- изучить степень сцепления цемента с колонной и породами.

Когда за колонной цемента нет или он имеется, но не сцеплен с колонной, приемник отмечает продольную волну по колонне. Она имеет максимальную амплитуду вследствие малого затухания и время пробега, соответствующее скорости распространения упругих волн в стали (V=5400м/сек). Против муфтовых соединений колонны наблюдается уменьшение амплитуды колебаний в связи с рассеянием энергии на резьбе и увеличение время пробега.

Если цементное кольцо сцеплено только с колонной, то упругая волна по колонне будет резко ослаблена вследствие демпфирующего влияния цементного кольца и амплитуда Ак будет на уровне помех. В этом случае к приемнику с заметной амплитудой придет волна по цементному кольцу, в котором скорость распространения упругих волн невелика (Vц=2500 м/сек). Поэтому будет регистрироваться максимальное время Тп.

Если цементное кольцо одновременно сцеплено с колонной и с породой, то первой к приемнику будет подходить головная волна по породе, так как Vп>Vц. В этом случае кривые Ап и Тп сходны с аналогичными кривыми, полученными в необсаженной колонне и соответствуют кривым других геофизических методов.

Проводится АКЦ через 1-2 суток после цементирования колонны.

В приборах акустической цементометрии используются короткие трехэлементные измерительные зонды с расстоянием между ближайшим излучателем и приемником от 0.7 до 1.5 м и базой зондов (расстояние между приемниками)- в пределах 0.3-0.6 м. Скважинный прибор центрируется.

Рекомендуем ознакомится: http://studopedia.ru

fix-builder.ru

Акустический каротаж - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 3

Акустический каротаж

Cтраница 3

При акустическом каротаже по скорости фиксируется время пробега, а также время пробега, отнесенное к единице длины.  [31]

При акустическом каротаже записывается время прохождения упругих волн через определенную толщу породы. При акустическом каротаже регистрируется также и накопленное время. Оно указывается на диаграмме в виде точек или черточек через равные интервалы, обычно через 1000 мксек.  [32]

АК - акустический каротаж; АКШ - то же широкополосный; БК - боковой каротаж; ГК - гамма-каротаж; ГГК - гамма-гамма-каротаж; ГДК - гидродинамический каротаж; МБК - микробоковой каротаж; МКЗ - микрозонд; НК - нейтронный каротаж; ОПК - опробователи пластов на кабеле; ПС - метод собственных потенциалов; УЭС - методы удельного электрического сопротивления; ТМ - термомометрия; ЭК - группа методов электрического каротажа; ЯМК - ядерно-магнитный каротаж.  [33]

Термометрия, акустический каротаж и акустическая цементомет-рия АКЦ как методы контроля за качеством гидроизоляции и цементирования обсадных и эксплуатационных колонн проводятся во всех скважинах, кроме разведочных и контрольных.  [34]

Например, волновой акустический каротаж ( ВАК) позволяет использовать в интерпретации не только времена распространения продольных волн, но и сжимаемость горных пород, которая является комплексным параметром, затухание волны Лэмба - Стоунли. Спектральный гамма-каротаж ( СГК) после обработки с учетом влияния скважины позволяет получить более достоверные содержания радиоактивных элементов калия, урана, тория, которые используются при расчете содержания глин разных типов, радиоактивных битумов, полимик-товых песчаников. Литоплотностной каротаж ( ЛПК) несет информацию о плотности и атомном номере, которые наиболее точно по сравнению с другими параметрами определяют литологический состав породы.  [35]

С помощью акустического каротажа определяются коллекторские свойства пород ( пористость), зоны трещиноватости и кавернозности в карбонатном разрезе, литология разреза, качество цементирования.  [36]

С помощью акустического каротажа замеряют скорость распространения и затухания упругих волн в породе. Трещиноватые, закарстованные породы очень сильно рассеивают акустические волны.  [37]

При использовании акустического каротажа по скорости отсутствие сцепления обсадной колонны с цементным камнем отмечается высокой скоростью распространения упругих волн, соответствующих скорости их распространения в стали. Наличие сцепления цементного кольца с колонной приводит к понижению скорости распространения упругих волн. Однако поглощающие свойства горных пород различаются значительно сильнее, чем скорость упругих колебаний в них. Поэтому более надежные сведения о качестве цементного кольца дает акустический каротаж по затуханию. При этом записываются кривые: A rj - амплитуда обобщенной волны, распространяющейся по колонне и цементному кольцу, мВ; АП - амплитуда волны по породе, мВ; trj - время первого вступления волны, мс.  [38]

Широкое использование акустического каротажа как средства определения пористости и проведения корреляции разрезов началось в 1958 г. Поскольку акустический каротаж сравнительно недавно внедрен в промысловую практику, можно ожидать многих усовершенствований аппаратуры и интерпретации результатов.  [39]

Прибор для акустического каротажа состоит из источника упругих или сейсмических колебаний и приемника ( или приемников), который улавливает их после прохождения через породу. Применяют в основном скважинные приборы акустического каротажа одноприемные и двухприемные. Источник упругих колебаний посылает импульсы через постоянные промежутки времени. Наибольшая скорость импульсов будет через породу, поскольку глинистый раствор характеризуется низкой сейсмической скоростью. Зонд изготовлен из материалов, в которых скорость распространения упругих колебаний низкая. Приемник начинает действовать с первым приходом сейсмической волны. Разность во времени прихода волны к двум приемникам регистрируется. Эта разность представляет время, необходимое для прохождения сейсмических колебаний через толщу породы, равную расстоянию между двумя приемниками. До тех пор, пока условия в скважине в точках расположения двух приемников остаются одинаковыми, время прохождения упругих колебаний через глинистый раствор и глинистую корку взаимно исключается.  [40]

Широкое внедрение акустического каротажа и накопление статистических данных позволяет более эффективно проводить анализ применяемых режимов бурения.  [41]

Измерительный пульт акустического каротажа АНК-1 предназначен для обработки и измерения временных и амплитудных параметров сигналов, вырабатываемых скважинными приборами акустического каротажа.  [42]

Поэтому при акустическом каротаже трубы приходится заполнять глинистым раствором.  [43]

Таким образом, акустический каротаж дает информацию о состоянии наиболее важного участка заколон-ного пространства, по которому чаще всего происходит прорыв газа.  [44]

Для промыслового инженера акустический каротаж представляет наибольшую ценность как средство определения пористости. Из уравнения ( 1) видно, что для определения пористости необходимо знать сейсмическую скорость в скелете породы п насыщающих ее жидкости или газе.  [45]

Страницы:      1    2    3    4

www.ngpedia.ru


Смотрите также