АКУСТИЧЕСКИЙ СПОСОБ ВЫЯВЛЕНИЯ МЕСТА РАСПОЛОЖЕНИЯ ЗАКОЛОННЫХ ПЕРЕТОКОВ ФЛЮИДА
ACOUSTIC METHOD OF DETECTION OF FLUID BEHIND-CASING FLOWS LOCATION

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано, например, для определения качества цементирования скважин.
Известен способ аналогичного назначения, согласно которому для определения наличия заколонного движения жидкости в скважине создают виброакустические колебания, путем закачки в скважину жидкости, с последующей многократной регистрацией виброакустических колебаний. При этом определение заколонного движения жидкости в скважине проводят по изменению амплитуд виброакустических колебаний (Патент РФ №2066751, кл. E21B 47/10, 1996).
Недостатком известного способа является ограниченность его применения только случаем выявления наличия факта заколонного перетока флюида.
Известен способ того же назначения, принятый за прототип, включающий спуск и подъем в скважине скважинного приемника шумовых сигналов и регистрацию на подъеме кривых изменения интенсивности шумового сигнала, снимаемого с выхода приемника, с последующей обработкой сигнала во вторичной аппаратуре, в результате которой выявляют место расположения заколонного перетока флюида в скважине (Патент РФ №2405936, кл. E21B 47/14, 2010).
В прототипе предварительно регистрируют распределение температурных аномалий вдоль ствола скважины с помощью скважинного термометра и выделяют интервалы отклонений их от геотермы. Затем дважды проводят регистрацию шумовых сигналов скважинным приемником шумовых сигналов (СПШС) - при раскрытых и закрытых рычагах-волноводах в местах расположения температурных аномалий.
При этом при закрытых рычагах-волноводах регистрируются шумы внутриколонного пространства скважины (фон), к которым при открытых рычагах-волноводах добавляются шумы, обусловленные движением флюида в заколонном пространстве.
Места расположения заколонных перетоков определяют по изменению амплитудно-частотных характеристик зарегистрированных шумовых сигналов.
Недостатком прототипа является невысокая надежность определения места расположения перетока флюида акустическим способом из-за того, что спектры полезного и фонового сигналов могут совпадать, а интенсивность фонового шумового сигнала может превышать интенсивность полезного сигнала.
Кроме того, прототип отличается сложностью практической реализации способа, вытекающей из необходимости применения в исследованиях помимо акустического еще и термического каротажа, а также из-за необходимости использования специальных рычагов-волноводов в акустическом каротаже.
Техническим результатом, получаемым при внедрении изобретения, является устранение недостатков прототипа, то есть упрощение практической реализации и повышение надежности способа.
1
1
Данный технический результат достигается за счет того, что в известном акустическом способе выявления места расположения заколонных перетоков флюида в скважине, включающем спуск и подъем в скважине скважинного приемника шумовых сигналов и регистрацию на подъеме кривых изменения интенсивности шумового сигнала, снимаемого с выхода приемника, с последующей обработкой сигнала во вторичной аппаратуре, в результате которой выявляют место расположения заколонного перетока флюида в скважине, подъем скважинного приемника шумовых сигналов проводят с постоянной известной скоростью V, а сам приемник выполняют с остронаправленной характеристикой направленности, ортогональной оси скважины, при этом обработку выходного сигнала проводят путем выделения из зарегистрированного шумового сигнала характеристики прохода приемника относительно места расположения заколонного перетока флюида для данной скорости V.
1
Выделение из зарегистрированного шумового сигнала характеристики прохода приемника относительно места расположения заколонного перетока флюида проводят путем корреляционной обработки зарегистрированного шумового сигнала с опорным сигналом в виде «эталонной» характеристики прохода, рассчитанной для скорости V.
1
1
2
2
Кроме того, проводят спуск и подъем в скважине двух аналогичных скважинных приемников шумовых сигналов, расположенных на известном расстоянии X вдоль оси скважины, при этом подъем обоих приемников осуществляют с одинаковой скоростью V, а обработку выходного сигнала проводят путем выделения из зарегистрированных шумовых сигналов двух характеристик прохода приемников относительно места расположения заколонного перетока флюида для времени запаздывания одной характеристики прохода, относительно другой, равном t=V/X, а также проводят дополнительный подъем скважинного приемника шумовых сигналов с известной постоянной скоростью V, а обработку выходного сигнала осуществляют путем выделения из зарегистрированного шумового сигнала характеристики прохода приемника, относительно места расположения заколонного перетока флюида для заданной скорости V и по полученному результату уточняют место расположения заколонного перетока флюида.
Дополнительно аналогичным образом определяют характеристику прохода приемника при спуске приемника в скважину и по полученному результату уточняют место расположения заколонного перетока флюида.
Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 представлена схема установки для реализации способа; на фиг.2 и 3 - временные диаграммы для пояснения существа способа.
Схема установки для реализации способа (фиг.1) содержит один или два СПШС, пронумерованных под позициями 1 и 2 (в общем случае может быть применена цепочка из множества одинаковых независимых приемников, следующих с заданным пространственным шагом).
СПШС 1, 2 выполнены с остронаправленными характеристиками направленности 3, 4, ортогональными оси скважины 5, в которой установлена насосно-компрессорная труба 6 (НКТ 6). СПШС 1, 2 закреплены на кабеле-тросе 7 на расстоянии друг от друга вдоль оси НКТ 6.
Кабель-трос 7 через лебедку 8 спускоподъемного механизма (на фиг.1 не показан) подсоединен к геофизической лаборатории (на фиг.1 не оцифрована), состоящей из стандартного спектроанализатора 9, включающего в себя усилитель и фильтры, коррелятора 10, блока 11 «эталонного» сигнала, регистратора 12, выполненного, например, в виде монитора компьютера, и таймера 13, запускаемого и останавливаемого от соответствующих датчиков спускоподъемного механизма (на фиг.1 не показано).
Связи между блоками 9...13 показаны на фиг.1. Выход спектроанализатора 9 подключен к первому входу коррелятора 10, второй вход которого соединен с выходом блока 11 «эталонного» сигнала, а выход - со входом регистратора 12, другой вход которого соединен с выходом таймера 13.
На фиг.1 показано выполнение геофизической лаборатории для первого варианта установки (с одним СПШС).
В случае, если реализуется вариант установки с двумя приемниками 1, 2 в геофизической лаборатории, отпадает необходимость в блоке 11 «эталонного» сигнала, а коррелятор 10 работает с двумя сигналами с выходов приемников 1, 2, сдвинутых на время запаздывания одного сигнала относительно другого.
Возможен третий вариант установки для реализации способа с одним, двумя или множеством СПШС, подключенных выходами к входам многоканального магнитофона (на фиг.1 не показан), но без геофизической лаборатории. После записи шумовых сигналов с приемников и сигналов с таймера 13 обработка сигналов ведется в центре геофизических исследований с использованием магнитофонных записей.
Акустический способ выявления места расположения заколонных перетоков флюида в скважине по первому варианту реализуется следующим образом.
В НКТ 6 с помощью кабеля-троса 7, лебедки 8 и спускоподъемного механизма (на фиг.1 не показан) спускается СПШС 1, имеющий остронаправленную характеристику направленности 3.
1
После прохода СПШС 1 всей рабочей части ствола скважины начинается подъем приемника 1 с равномерной скоростью V и отсчет времени его подъема таймером 13. При этом происходит непрерывная запись выходного сигнала с СПШС1 с помощью магнитофона (не показан) или его обработка в геофизической лаборатории. В последнем случае выходной сигнал, состоящий из фонового (14) и информативного (15) сигналов (на фиг.2, сверху), обрабатывается в спектроанализаторе 9 (усиливается, фильтруется и т.д.).
1
Информативный сигнал 15 представляет собой такой же нестационарный шумовой сигнал, что и фоновая помеха 14, но с другим характером нестационарности. Ввиду того, что контролируемый источник шума (струя флюида) неподвижен, а приемник 1 шума движется со скоростью V, информативный сигнал 15 (фиг.2, сверху) будет представлять собой так называемую «характеристику прохода» (ХП) («Справочник по гидроакустике» под ред. А.Е.Колесникова, «Судостроение», 1982 г., с.223).
1
Вид ХП зависит от характеристики 3 направленности приемника 1, скорости V, траверзного расстояния между приемником 1 и источником 16 шума, а также от поперечных размеров приемника и струи (источника 16 шума). Под позицией 15 на фиг.2, сверху, показана огибающая информативного сигнала, который по спектру может совпадать с фоновой помехой 14, а по амплитуде даже быть меньше его.
Выходной сигнал с приемника 1, после его обработки в спектроанализаторе 9, подается на первый вход коррелятора 10, на второй вход которого направляется опорный «эталонный» сигнал, рассчитанный для заданных геометрических параметров скважины и режимов проводимого эксперимента. «Эталонная» ХП по форме будет представлять кривую 15 или кривую, близкую к ней. Поэтому коррелятор 10 выделит ХП 15, «замешанную» в шумовой фоновой помехе 14, и направит ее на регистратор 12, выполненный, например, в виде компьютера.
1
1
На мониторе компьютера выделится ХП 17 (фиг.2, снизу), по смещению максимума которой от условно нулевой точки можно определить глубину L=t·V залегания места заколонного перетока флюида.
Если на установке реализуется второй вариант способа, с двумя приемниками 1 и 2, расположенными на расстоянии Х друг от друга, необходимость в блоке 11 «эталонного» сигнала отпадает. Коррелятор 10 в этом случае работает в режиме автокоррелятора.
2
2
2
На входы коррелятора 10 поступают два сигнала 18, 19 (фиг.3, сверху), «замешанные» в шумовой фоновой помехе 20 и разделенные временным интервалом Δt=X/V, где V - скорость подъема или спуска приемников 1, 2 в скважине.
2
2
Первый сигнал задерживают на время Δt относительно второго с помощью линии задержки, расположенной в корреляторе 10. За время Δt характер ПХ 18, 19 не изменится, в отличии от характера фоновой помехи 20. Поэтому полезный сигнал можно выделить с помощью коррелятора 10 в виде кривой 21 (фиг.3, снизу) и по ней определить место расположения заколонного перетока флюида.
Для увеличения точности можно использовать цепочку приемников, расположенных с известным шагом вдоль кабель-троса 7.
Для увеличения точности скорость подъема приемника (или приемников) можно изменять от эксперимента к эксперименту.
С этой же целью ХП можно определить как при спуске, так и при подъеме приемника.
Таким образом, по сравнению с прототипом, в данном способе повышается надежность определения места расположения перетока флюида в условиях практически любого акустического фонового шума без использования дополнительного каротажа скважины, например, как в прототипе, термического. Этим достигается поставленный технический результат.