АКУСТИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПЕРФОРИРОВАНИЯ ПРИ ВТОРИЧНОМ ВСКРЫТИИ НЕФТЕГАЗОВЫХ БУРОВЫХ СКВАЖИН
ACOUSTIC DETERMINATION METHOD OF PERFORATION PARAMETERS AT SECONDARY COMPLETION OF OIL AND GAS WELLS

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в нефтегазодобывающей промышленности для определения качества проведения перфорации обсадных колонн буровых скважин при вторичном вскрытии пласта.
Общей проблемой при перфорировании обсадных колонн при любом способе перфорации является создание максимально качественного гидродинамического сообщения скважины с пластом, а также максимальная сохранность обсадной колонны и цементного кольца за пределами интервала вскрытия. Также очень важно определение глубины, объема и мест расположения перфорационных полостей и каналов, образующихся в околоствольном пространстве скважины, например, после проведения на скважине щелевой гидромеханической перфорации. Отсюда следует, что необходимо контролировать процесс перфорации с точки зрения необходимости и достаточности прореза обсадной колонны. Особенно это относится при применении гидромеханической щелевой перфорации (ГДМЩП).
3
Известно изобретение по а.с. СССР №792078, М. Кл G01F 17/00, опубл. 30.12.1980 г., БН №78 «Акустический способ определения внутреннего объема объекта».
В этом способе создают звуковые поля и производят измерение параметров (времени) реверберации, при этом звуковые поля создают с помощью одного и того же источника, последовательно размещаемого в исследуемом и контрольном объектах, измеряют уровни звукового давления в диффузных зонах создания звуковых полей.
Недостаток: наличие двух источников звуковых полей, длительность измерения во времени, наличие отдельного источника питания, т.е. большие аппаратурные и временные затраты. Отдельной проблемой применения акустических столбов является наличие в канале измерения акустических помех, создаваемых электрическими и механическими устройствами буровой установки.
Известен акустический способ определения параметров объемных полостей в околоскваженном пространстве перфорированной скважины, см. патент РФ №2174242, МПК 7 G01V 1/40 - ПРОТОТИП. Сущность: в скважине до и после ее перфорации по всему интервалу перфорации проводят волновой акустический каротаж с цифровой регистрацией полного волнового сигнала. Вычисляют средние значения всех цифровых отсчетов в окнах регистрации полных волновых сигналов на каждый шаг квантования по глубине до и после перфорации скважин. По вычислительным значениям строят каротажные кривые средних амплитуд волновых сигналов. По сравнительной оценке степени снижения амплитуд после перфорации судят о глубине, объеме и месте положения образованных при перфорации полостей. Технический результат: создание возможности получать достоверную информацию о глубине каналов и полостей перфорации, их объеме и расположении в околоствольном пространстве скважины.
Недостаток: проверка качества перфорации может производиться только после ее окончания по всей длине скважины, а во время перфорации не производится, также качество перфорации контролируется косвенно, к тому же требуются больше аппаратные и временные затраты, следовательно, способ довольно затратен.
Целью настоящего изобретения является достижение нового технического результата, а именно - обеспечение возможности с высокой степенью точности определения состояния параметров скважины при гидромеханической перфорации в условиях акустических помех при соотношении сигнал/шум меньше единицы.
Еще одной целью является упрощение способа.
Указанный технический результат достигается за счет измерения параметров распространения акустической волны во время перфорации по гидродинамическому каналу: по прилегающей породе, включая цементное кольцо, по внутреннему каналу самой обсадной трубы, причем источником звука является сам механизм перфоратора во время работы и шум подающей воды. Из общедоступных источников патентной и научно-технической информации неизвестны акустические способы определения параметров объемных полостей в скважине и в околоскважинном пространстве перфорированной скважины, а также контроль точности прорезания обсадной трубы, в которых были бы использованы введенные нами новые существенные отличительные операции, обеспечивающие предлагаемому способу получение нового технического результата, изложенного в целях заявляемого изобретения.
Для решения поставленной задачи предлагается акустический способ определения параметров перфорирования при вторичном вскрытии нефтегазовых буровых скважин, основанный на использовании естественного гидромеханического канала скважины, отличающийся тем, что информационный шумовой сигнал, образованный работой дисков перфоратора, проходит по гидроакустическому каналу, принимается, оцифровывается и подается на корреляционные фильтры, на которые также подаются эталонные акустические сигналы: вода-сталь, вода-бетон, вода-грунт, которые представляют собой оцифрованные аудиосигналы шума струи воды, бьющей по стали, бетону и грунту, и шум резания трубы диском, на выходах корреляционных фильтров будут корреляционные функции, которые представляют собой пики, принимающие положительные значения при наличии в шумовом сигнале сигнала, схожего с эталонным, таким образом, каждая корреляционная функция соответствует одному из состояния работы перфоратора, а по спектру корреляционных функций оцениваются процессы, происходящие в скважине.
На чертеже представлена структурная электрическая схема способа, на которой изображено:
1 - источник акустического сигнала,
2 - гидроакустический канал передачи,
3 - приемник акустических сигналов,
4 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП),
5 - персональный компьютер (ПК) со специальным программным обеспечением (СПО),
6, 7 и 8 - корреляционные фильтры: первый, второй и третий соответственно,
9, 10 и 11 - эталонные акустические сигналы: первый, второй и третий (вода-сталь, вода-бетон и вода-грунт) соответственно.
12 - адаптивный компенсатор помех (АКП).
Схема имеет следующие соединения.
Источник акустических сигналов 1 через гидроакустический канал передачи 2 и приемник акустических сигналов 3 в виде  соединен через первый вход АКП 12 с аналоговым входом АЦП 4, со вторым входом АКП 12 соединен источник U помех цифровой выход которого соединен с первыми входами всех трех корреляционных фильтров 6, 7 и 8, а с их вторыми входами соединены выходы всех трех эталонных акустических сигналов 9, 10 и 11 соответственно; выходы первого, второго и третьего корреляционных фильтров 6, 7 и 8 соединены с входами ПК 5, выход которого является выходом данной схемы по указанному способу.
Устройство по данному способу работает следующим образом.
Суть работы заключается в организации гидроакустической обратной связи циркулярных дисков гидромеханического щелевого перфоратора. Источник акустического сигнала 1 - это работа вышеупомянутых дисков (шум резания трубы), а также шум струи воды, бьющей по стали, бетону и грунту. Эти шумы по гидроакустическому каналу передачи 2 (основная водоподающая труба), к которой крепится приемник акустического канала 3 (пьезодатчики), выходные аналоговые электрические сигналы этого приемника поступают на первый вход АКП 12 в виде сигнал-шум, на второй вход, которого поступают чисто шумовые сигналы. АКП 12 выделяет из этих двух шум и U шум полезные сигналы U сигн., которые поступают на АЦП 4, где оцифровываются и поступают на первые входы корреляционных фильтров 6-8, на вторые входы которых подаются эталонные акустические сигналы 9-11, записанные в СПО ПК 5. Эти сигналы представляют собой оцифрованные аудиосигналы шума струи воды, бьющей по стали (или шум резания трубы дисками), бетону и грунту. На выходе корреляционных фильтров 6-8 будут наблюдаться корреляционные функции, которые представляют собой пики, принимающие положительные или отрицательные значения разных уровней. При наличии в общем сигнале сигнала, схожего с одним из эталонных, корреляционная функция на выходе одного из корреляционных фильтров принимает положительное значение, таким образом, каждая корреляционная функция соответствует одному из состояний работы гидромеханического целевого перфоратора. По спектру корреляционных функций на экране монитора компьютера 5 можно судить о процессах, происходящих в скважине. Подобные методы анализа позволяют принимать сигналы с двух каналов: стальной трубе и воды в трубе.
При установке в системе дополнительных корреляционных фильтров, на входы которых будет подаваться шумовой сигнал с гидроакустического канала передачи и эталонные оцифрованные сигналы, соответствующие шуму струи воды, бьющей о грунт на разных расстояниях, т.е. на разных объемах вымытой площади, то по их корреляционным функциям можно судить об объеме, вымытом перфоратором.
Упомянутые эталонные сигналы можно получать двумя способами: можно смоделировать их или записать их в скважине при работе перфоратора и обработать.
Данный способ позволяет контролировать работу перфоратора: холостой ход, резание трубы, фиксация окончания резки, определять объем вымытой площади и так по всей длине скважины до 5 км.
Частотный диапазон акустического сигнала лежит в пределах 100-3000 Гц. Затухание сигнала при диаметре трубы 100 мм составляет при глубине скважины 5000 м на указанных частотах не более 10 дБ.
В частотном диапазоне акустического сигнала присутствует шумовая составляющая, обусловленная шумами динамической резонации механических частей перфоратора и ревербирационными шумами, а также шумами водопадающего насоса, но их величины на порядок меньше. Существует еще эффект Доплера, который приводит к частотным искажениям, т.е. изменяется частота акустического сигнала, но это можно учесть в СПО.
Адаптивная компенсация помех (на позиции 12) представляет собой способ оптимальной фильтрации, который можно применять всегда, когда имеется подходящий эталонный входной сигнал. Достоинством этого способа является адаптивность схемы по отношению к классу сигналов и их параметрам, низкий уровень помех на выходе и малые вносимые искажения сигналов. В компенсаторе помех 12 с применением адаптивного фильтра эффективное подавление помех происходит только тогда, когда помеховые составляющие на обоих входах компенсатора помех взаимно коррелированны.
Составные части способа могут быть выполнены на следующих элементах:
приемник акустических сигналов 3 на пьезоэлементах, использующих эффект Холла;
АЦП 4 - например на сигма-дельта АЦП, 24-разрядном;
ПК 5 с СПО - современного типа;
Корреляционные фильтры 6, 7 и 8 могут быть выполнены как программируемые многофункциональные средства, например, на программируемых логических матрицах (ПЛМ);
Эталонные акустические сигналы 9, 10 и 11 заранее записанные оцифрованные аудиосигналы шума струи воды, бьющей по стали, бетону и грунту данных перфораторных механизмов;
Адаптивный компенсатор помех 12 (АКП) может быть выполнен по патенту РФ №109942 также на ПЛМ.
Таким образом, предложенный способ полностью соответствует основному экономическому критерию «стоимость-эффективность».
Библиографические данные
1. Использование новой техники электромеханической перфорации, «Новые нефтегазовые технологии», NW, 2008 г.
2. Патент РФ на изобретение №2244800.
3. Патент РФ на полезную модель №117755.
4. Патент РФ на изобретение №2473789.
5. Патент РФ на изобретение №2270331.
6. Патент РФ на изобретение №2552285.
7. Патент РФ на изобретение №2174242.