способ и устройство для определения параметров коллектора

Формула изобретения

1. Способ для определения параметров коллектора, включающий возбуждение в околоскважинном пространстве акустических волн и регистрацию возникающего в процессе деформирования среды при прохождении акустических волн электромагнитного излучения, отличающийся тем, что регистрируют в радиоволновом диапазоне на резонансных акустических частотах амплитудно-частотные характеристики электромагнитного излучения и по изменению их частотного и амплитудного спектра судят о типе и количественном составе флюида в породе.

2. Устройство для определения параметров коллектора, содержащее источник акустических волн, радиоантенну и регистрирующий прибор, отличающееся тем, что оно снабжено блоком измерения и спектрального анализа, к выходу которого подключена радиоантенна, а его выход связан с регистрирующим прибором, при этом продольная ось радиоантенны установлена перпендикулярно продольной оси скважины.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что радиоантенна выполнена в виде металлической обсадной трубы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазовой области и может быть использовано для прогноза залегания углеводородного сырья, геофизических исследований скважин и последующей оценки структуры пласта, пористости, проницаемости, водо-, нефте- и газонасыщенностей нефтяных, нефтегазовых и газоконденсатных месторождений.

Известен способ определения параметров коллектора за счет использования акустического поля и последующего анализа выделяемого газа из пластового флюида, по величине которого судят о наличии углеводородного сырья [1].

Недостатком указанного способа является невозможность проведения бесконтактной регистрации сигнала и необходимость больших временных затрат для последующего анализа.

Известен способ определения содержания углеводородного сырья в околоскважинной части пласта с использованием акустического поля и нейтрон-нейтронного метода, при котором по изменению потока тепловых нейтронов судят о водородосодержащих составляющих породы [2].

Недостатком известного способа является следующее: получение информации о параметрах коллектора осуществляется только при наличии нейтронного источника излучения. Бесконтактное проведение излучения с помощью данного метода невозможно.

Известен способ на основе сейсмоэлектрического эффекта, при котором регистрируют электрический потенциал на концах образца, через который проходит акустическая волна [3].

Недостатком указанного способа является наличие контактного взаимодействия между образцом исследуемого материала и измерительной схемой, регистрация электрического потенциала (протекающего по образцу тока) сопровождается применением охранного электрода для получения однозначности параметров исследуемого материала. Способ имеет функциональные ограничения из-за невозможности осуществлять бесконтактный съем показаний в околоскважинных условиях. Кроме того, результаты излучения зависят от условий контакта в околоскважинной среде.

Таким образом, указанный способ предназначен лишь для определения параметров (флюидонасыщенность, проницаемость, пористость) при контактном взаимодействии с исследуемой породой.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ для определения параметров коллектора, включающий возбуждение в околоскважинном пространстве акустических волн и регистрацию возникающего в процессе деформирования среды при прохождении акустических волн электромагнитного излучения. Способ осуществляется устройством, содержащем источник акустических волн, радиоантенну и регистрирующий прибор [4].

Недостатком указанных способа и устройства является невозможность измерения амплитудного и частотного спектра электромагнитного излучения, которые зависят от свойств коллектора, то есть от материала среды, его пористости, проницаемости, насыщенностей флюидами, свойств насыщающих жидкостей.

Заявляемое изобретение направлено на расширение функциональных возможностей способа и устройства для его осуществления и получение значительно более достоверной информации о свойствах коллектора и насыщающих его жидкостях.

Поставленная задача решается тем, что в способе для определения параметров коллектора, включающем возбуждение в околоскважинном пространстве акустических волн и регистрацию возникающего в процессе деформирования среды при прохождении акустических волн электромагнитного излучения, дополнительно регистрируют в радиоволновом диапазоне на резонансных акустических частотах амплитудно-частотные характеристики электромагнитного излучения и по изменению их частотного и амплитудного спектра судят о типе и количественном составе флюида в породе.

Устройство для осуществления способа, содержащее источник акустических волн, радиоантенну и регистрирующий прибор, снабжено блоком измерения и спектрального анализа, к выходу которого подключена радиоантенна, а его выход связан с регистрирующим прибором, при этом продольная ось радиоантенны установлена перпендикулярно продольной оси скважины. При этом радиоантенна может быть выполнена в виде металлической обсадной трубы.

Отличительными признаками заявляемого способа и устройства для определения параметров коллектора являются:

- регистрация акустических колебаний и сопровождающих их электромагнитных волн в радиодиапазоне;

- регистрация электромагнитного излучения на резонансных акустических частотах;

- выделение спектра частот акустического и электромагнитного сигнала, зависящих от параметров коллектора: пористости, насыщенности среды и т.д.;

- регистрация электромагнитного излучения антенной, расположенной в плоскости, перпендикулярной оси скважины;

- использование обсадной колонны в качестве антенны.

Осуществление способа путем анализа характеристик акустического и электромагнитного полей позволяет бесконтактно оценивать распределение энергии по частотам электромагнитного сигнала в зависимости от типа флюидонасыщения (вода, газ, нефть) и по временным характеристикам судить о глубине сканирования акустическим сигналом околоскважинной среды.

Регистрация электромагнитного сигнала на резонансных акустических частотах обеспечивает максимальное превращение энергии акустических волн в электромагнитный сигнал в данном диапазоне частот. Взаимодействие акустической волны с флюидонасыщенным материалом на определенных частотах приводит к максимальной передаче энергии акустической волны материалу, в которой она распространяется. Резонансные частоты, на которых происходит преобразование, зависят от характера и структуры исследуемого материала и типа флюидонасыщенности. Изменение соотношения флюидонасыщенных составляющих (при заданной структуре материала) приводит к перераспределению резонансных частот. Это позволяет в конечном счете по расположению резонансных частот в спектре излучения оценивать величину составляющих флюидонасыщенной среды (вода, нефть, газ).

Выделение величины амплитуды и частоты электромагнитного сигнала дает возможность оценивать в целом параметры коллектора при импульсном воздействии акустической волны (например, механический удар, одиночный акустический импульс от преобразователя и др.). Время распространения и соответственно затухания акустического импульса и сопутствующего ему электромагнитного импульса по исследуемой флюидонасыщенной среде зависит от пористости, водо-, нефте и газонасыщенности. Это позволяет получить информацию о параметрах коллектора.

Расположение в необсаженной скважине антенны для регистрации электромагнитного сигнала (штыревой или магнитной) перпендикулярно оси скважины позволяет повысить разрешающую способность метода, то есть минимально определяемой толщины флюидосодержащего пласта и тем самым увеличить достоверность оценки конкретного месторождения.

В случае, если скважина имеет неметаллическую обсадную трубу, то регистрация электромагнитного излучения происходит с некоторым ослаблением сигнала. При использовании металлической обсадной трубы в ней необходимо иметь перфорированные отверстия, через которые фиксируется электромагнитное излучение с частичным изменением спектра. В качестве штыревой антенны можно использовать полностью металлическую обсадную трубу с минимальным разрешением параметров коллектора по высоте.

Использование металлической обсадной трубы в качестве штыревой антенны позволяет регистрировать электромагнитный сигнал в низкочастотной области спектра, несмотря на то, что заземленная антенна ослабляет электромагнитный сигнал.

Способ осуществляется с помощью устройства, представленного на фиг.1. Основными узлами устройства являются источник акустических волн (непрерывного или импульсного действия) 1, радиоантенна 2, блок изменения и спектрального анализа 3 и регистрирующий прибор 45 (записывающий или запоминающий), которые устанавливаются в скважине 5.

Источником акустических волн 1 может быть стандартный ультразвуковой (или гидравлический) генератор, работающий в широком диапазоне частот. Для регистрации электромагнитного сигнала могут использоваться радиоантенны 2 различных типов: штыревые, рамочные, ферритовые в зависимости от мощности акустической волны и типа флюидонасыщенной среды. Радиоантенна 2 устанавливается в скважине 5 в непосредственной близости от стенки обсадной трубы на заданной глубине. Причем радиоантенну (штыревую или магнитную) располагают в плоскости, перпендикулярной продольной оси скважины. Такое расположение радиоантенны 2 дает возможность регистрировать радиосигнал через перфорационные отверстия металлической обсадной трубы и повышает разрешающую способность регистрирующего устройства по определению толщины флюидонасыщенного слоя.

Выход радиоантенны 2 через коаксиальный кабель (на чертеже не показан) связан с блоком измерения и спектрального анализа 3, который расположен в непосредственной близости от радиоантенны 2 для повышения соотношения сигнал/шум. Выход блока 3 связан с регистрирующим прибором 4, который фиксирует частоту электромагнитного сигнала, амплитудное распределение и временные параметры. Выходная информация может запоминаться и записываться в блоке памяти с последующей ее расшифровкой при извлечении прибора 4 из скважины 5.

Способ осуществляется следующим образом.

При исследовании флюидного насыщения в скважине радиоантенну 2 и блоки 3 и 4 располагают на заданной глубине (приемник регистрации акустических волн на чертеже не показан). Затем включают источник 1 акустических волн (при кабельной связи) и дают серию импульсных механических сигналов. Распространяясь по околоскважинной среде, волна деформирует флюидонасыщенный материал, который излучает радиоволновый сигнал. Часть радиоволнового сигнала регистрируется радиоантенной. Время регистрации радиоволнового сигнала определяется временем распространения акустического сигнала по флюидонасыщенному материалу и чувствительностью блока, принимающего электромагнитное излучение. Амплитуда радиоволнового сигнала определяется структурой флюидонасыщенной среды в околоскважинном пространстве. Например, при заданной мощности импульсного удара амплитуда радиосигнала возрастает для твердых пород типа гранитов. Наличие флюидов в материале приводит к уменьшению амплитуды и скорости распространения акустического сигнала.

Работа на резонансных акустических частотах дает возможность повысить соотношение сигнал/шум из-за максимального преобразования механической энергии в электромагнитную, что позволяет увеличить расстояние прохождения акустического сигнала и тем самым повысить разрешающую способность по частотам электромагнитного сигнала.

Изменения амплитудного распределения в первоначальном спектре излучения радиоволнового сигнала (например, для гозонасыщенного материала) и последующее сравнение с спектрами нефте- и водонасыщенных образцов позволяет выявить зависимость полученного спектра от пористости, проницаемости, нефте-, водо- и газонасыщенности среды. При исследовании флюидонасыщенной среды в околоскважинном пространстве радиоантенну 2 с блоком 3 измерения и спектрального анализа последовательно располагают на каждой глубине исследуемого интервала и регистрируют амплитудно-временные характеристики на резонансных частотах, и по изменению (смещению или полному ослаблению) их частотного или амплитудного спектра судят о типе и количественном составе флюида в породе.

Источники информации

1. SU 407256, кл. Е 21 В 47/00, 21.11.1973.

2. Комаров С.Г. Геофизические методы исследования скважин. - М.: 1963, с.104.

3. Мигунов И.И., Кокорев А.А., Динамические особенности сейсмоэлектрического эффекта водонасыщенных горных пород, Известия АН СССР, серия Физика земли, 1975, 6, 114-117.

4. Бивин Ю.К. и др. Электромагнитное излучение при динамическом деформировании различных материалов, ж. "Механика твердого тела", М., 1, с.183-186.