способ оценки проницаемости горных пород

Формула изобретения

Способ оценки проницаемости горных пород, включающий выбор пунктов возбуждения и приема упругих волн за пределами интервала исследований горных пород, возбуждение упругих волн в данном интервале исследований и сравнение кинематических параметров исследуемых волн, отличающийся тем, что пункт возбуждения упругих волн размещают в одной из двух скважин, а пункт приема - в другой скважине, при этом воздействие на исследуемую среду осуществляют путем ступенчатого изменения амплитуды возбуждаемых упругих волн, после чего в пункте приема регистрируют значения их скорости распространения, затем сравнивают зависимости скорости волны от амплитуды с зависимостями, полученными ранее на опытных образцах, и по результатам сравнения оценивают величину проницаемости горных пород.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области промысловой геофизики, а именно к сейсмоакустическим способам исследования скважин, и, в частности, к способам оценки проницаемости горных пород.

Известные способы оценки проницаемости горных пород основаны на измерении величин, косвенно зависящих от проницаемости. В настоящее время известен способ определения типа флюида, насыщающего пласт, основанный на выявлении изменений акустических параметров породы при воздействии, изменяющем акустические свойства насыщающих ее флюидов, включающий возбуждение и прием зондирующего акустического сигнала и измерении его параметров (А.С. СССР 777610, кл. G 01 V 1/40, 1978). При этом воздействие на исследуемую среду осуществляют непосредственно в процессе многократного измерения акустических параметров пород путем возбуждения в них дополнительного акустического сигнала, мощность которого изменяют ступенчато. Однако при этом остается открытым вопрос об оценке величины проницаемости пласта, информация о которой является весьма важной для правильной разведки и разработки нефтегазовых месторождений.

Наиболее близким по техническому результату к заявляемому является способ оценки проницаемости горных пород, включающий выбор пунктов возбуждения за пределами интервала исследований горных пород, возбуждение упругих колебаний в среде, прием в интервале исследований волн давления в жидкости, заполняющей ствол скважины, выделение трубной волны, генерируемой проницаемым пластом горных пород на пересечении со скважиной, и измерение амплитуды этой волны. Одновременно с приемом волн давления измеряют полный вектор смещения пород на стенке скважины в том же интервале исследований, вычисляют отношения амплитуды давления в трубной волне к амплитуде полного вектора скорости смещения пород на стенке скважины, по которому судят о проницаемости пород (А. С. СССР 1712926, кл. G 01 V 1/40, 1989).

Недостатком этого способа является то, что сама трубная волна, по определению, генерируется при взаимодействии продольной волны не только с пластом, но и со стенками скважины, и с буровым раствором и т.д. Горная порода исследуется в узком интервале, и, хотя в данном способе оценивается также и азимутальная анизотропия проницаемости, полученные данные являются косвенными и могут оказаться ошибочными на широком интервале горных пород. Также на практике могут возникнуть сложности из-за различной реализации способа для больших и малых значений проницаемости, при этом сам критерий малости величины проницаемости не определен.

Техническим результатом заявляемого изобретения является надежная и точная оценка величины проницаемости, достигаемая за счет обеспечения проявления эффекта фильтрационных перетоков на фронте волны и, вследствие этого, изменение скорости распространения волны при изменении амплитуды.

Технический результат достигается тем, что известный способ включает выбор пунктов возбуждения и приема упругих волн за пределами интервала исследований горных пород, возбуждение упругих волн в данном интервале исследований и сравнение кинематических параметров исследуемых волн. При этом пункт возбуждения упругих волн размещают в одной из двух скважин, а пункт приема - в другой скважине, при этом воздействие на исследуемую среду осуществляют путем ступенчатого изменения амплитуды волн возбуждения, после чего в пункте приема регистрируют значения их скорости распространения, затем сравнивают зависимости скорости волны от амплитуды с зависимостями, полученными ранее на опытных образцах, и по результатам сравнения оценивают величину проницаемости горных пород.

Возможность достижения технического результата обусловлена тем, что при изменении амплитуды волны изменяются кинематические параметры упругих волн. При распространении волнового возмущения в исследуемой среде деформация данной среды осуществляется за счет изменения порового пространства. При этом реологическая среда (жидкость или газ) в момент деформации на фронте волны вытесняется за время прохождения волны из областей сжатия в области разрежения. Величина смещения жидкости или газа, как показали расчеты, является функцией проницаемости среды, вязкости флюида, амплитуды волны и скорости ее распространения. Наш способ оценки проницаемости физически основывается на том, что величина проницаемости обусловлена гидродинамическим сопротивлением фильтрационному течению жидкости внутри порового пространства. Поэтому для более точного измерения проницаемости необходимо инициировать фильтрационные перетоки жидкости из поры в пору, в результате которых будет иметь место зависимость измеряемой величины от интенсивности фильтрационных перетоков.

Из научно-технической литературы и патентной документации не известно использование для достижения технического результата двух скважин, одна из которых используется для размещения пункта возбуждения упругих волн, а другая скважина используется для размещения пункта приема, при этом воздействие на исследуемую среду осуществляют путем ступенчатого изменения амплитуды возбуждаемых упругих волн, после чего в пункте приема регистрируют значения их скорости распространения, затем сравнивают зависимости скорости волны от амплитуды с зависимостями, полученными ранее на опытных образцах, и по результатам сравнения оценивают величину проницаемости горных пород. Однако известен способ оценки проницаемости, когда генерируются колебания, затухающие при распространении в среде, после чего в пункте приема сигнала регистрируют величины скорости и затухания волны, технический результат - возможность упрощенной оценки проницаемости - достигается за счет эмпирически установленных зависимостей между скоростью распространения волн, пористостью и проницаемостью (Ивакин Б.Н., Карус Е.В., Кузнецов О.Я. Акустический метод исследования скважин. М.: Недра, 1978).

На прилагаемых графических материалах показаны зависимости скорости распространения волны от ее амплитуды для образцов керна, обладающих различными значениями проницаемости - фиг. 1, тарировочные графики - фиг. 2 и на фиг. 3 - схема размещения источника волн и приемника в скважинах.

Способ осуществляют следующим образом. Источник волн переменной амплитуды помещают в одну из исследуемых скважин. В другой скважине размещают прибор, регистрирующий исследуемую волну. Варьируя амплитуду излучаемой волны в источнике осуществляют ее регистрацию в приемном устройстве, например, в аппаратуре АСПУ-3-48. Регистрируют величину скорости волны. С помощью исследований на образцах с известными значениями проницаемости получают графики зависимости скорости распространения упругой волны от проницаемости. По этим графикам благодаря варьированию величины амплитуды волны и регистрации величины скорости распространения волны определяют величину проницаемости среды.

Возможность получения технического результата подтверждают эксперименты по распространению упругих волн в образцах горных пород в кернах. Они проводились на установке ИФЕС-1 во ВНИИГИС. Для определения времени распространения волн в материале образца использовался способ прямого прозвучивания. Через коммутатор опорный импульс, сформированный источником временных сдвигов измерителя И2-26 и усиленный по амплитуде до 300-600 В, подавался на излучатель и был преобразован в механические колебания. Механические колебания, пройдя через образец, были преобразованы приемником в электрический сигнал, который также через коммутатор поступал на усилитель сигнала пьезоприемника, а усиленный сигнал подавался на вход индикатора-измерителя И2-26. Волновая картина сигнала высвечивалась на экране индикатора. Измеритель И2-26 позволил измерять временной интервал между запускающим импульсом и началом принятого пьезоприемником сигнала. Этот временной интервал характеризовал время распространения упругих волн по образцу.

Пример. Опыты были поставлены на семи образцах кернов с различной проницаемостью при следующих параметрах: частота 600 КГц, обжимное давление 10⁷ Па, поровое давление 10⁶ Па, температура 293 К. Амплитуда сигнала варьировалась от 50 до 500 В с шагом в 50 В. Таким образом, были получены зависимости скорости распространения волны от ее амплитуды для образцов керна, обладающих различными значениями проницаемости, представленные на фиг. 1. Затем для полученных на фиг. 1 зависимостей построили тарировочный график, изображенный на фиг. 2. Данный график является основой методики оценки проницаемости горных пород. Проницаемость исследуемого образца определялась следующим образом. Выбирался керн с неизвестной проницаемостью и на установке ИФЕС-1 повторялась последовательность волнового воздействия со ступенчатым изменением амплитуды. В результате получали зависимость скорости распространения упругой волны от ее амплитуды. Далее точки зависимости наносились на тарировочный график, изображенный на фиг. 2, который представляют собой зависимость скорости распространения волны от проницаемости, где амплитуда является параметром. Их осредненная проекция на ось проницаемости дала в результате истинное значение искомой величины. Сравнение полученных значений проницаемости с известными ранее показывает высокую степень соответствия их реальным результатам.

Предлагаемый способ оценки проницаемости горных пород обладает большей точностью и надежностью в сравнении с наиболее близкими к нему способами, основанными на исследованиях только узкой прискважинной зоны. Благодаря этому появляется возможность существенного повышения эффективности промыслово-геофизических работ за счет сокращения времени на обработку и интерпретацию материалов каротажа при определении продуктивности выделенных горизонтов и оценке их дебита.