Способ и устройство для определения типа флюида, насыщающего пласт

ОПИСИЗОБРЕТЕНИЯ р 11 77761 Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 28,07.78 (21) 265 8-25 01 7 1/40 иМ присоединением заяв Государственнык комит(71) Заявите осударственный трест Татнефтегеофизика(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТИПА ФЛЮИДА,НАСЫЩАЮЩЕГО ПЛАСТ, И УСТРОЙСТВО АКУСТИЧЕСКОГО КАРОТАЖА ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИИзобретение отчосится к области промысловой геофизики, а именно к акустическим способам исследования скважин.Известен способ акустического каротажа, позволяющий на основании измерений ско рости распространения и коэффициента затухания упругих колебаний в породах, пересеченных скважиной, выделить пласты- коллекторы, а в некоторых случаях и определить тип насыщающего пласт флюида, 10 в частности выделить газонасыщенные пласты по аномально-высокому коэффициенту затухания и пониженной скорости распространения упругих колебаний 11.Для реализации этого способа использу ется аппаратура акустического каротажа, включающая скважинный зонд (чаще всего трехэлементный) с обслуживающими его электронными схемами (блок телеметрии). и связанный с ним каротажным кабелем 20 поверхностный блок, вычисляющий и регистрирующий измеряемые параметры - скорости распространения и коэффициента затухания упругих колебаний - или связанных с ними величин 2. Эта аппаратура 25 работает чаще всего в импульсном режиме в диапазоне частот 10 - 100 кГц при мощности излучения порядка сотых долей чт/см, определяемой необходимостью надежного приема сигнала. 30 Недостатком этого способа и аппаратуры, реализующей способ, является то, что он практически не позволяет разделять нефтенасыщенные и водонасыщенные пласты, так как относительно малое различие акустических свойств нефти и воды и еще меньшее различие свойств насыщенных ими пород, обусловленное характером насыщения, легко маскируется значительно большими изменениями акустических свойств пород, связанных с изменениями их литологии и пористости.Известен также способ, определяющий характер изменений акустических свойств пород после воздействия, изменяющего акустические свойства насыщающих их флюидов, нагрева или изменения гидростатического давления 3. Этот способ предназначен для выделения пластов, насыщенных гидратированным газом, а также пригоден для разделения водонасыщенных и нефтенасыщенных пластов.Недостатком этого способа является большая трудоемкость и значительное время исследований, ограничивающие его применение отдельными небольшими (единицы метров) интервалами скважин. Большие затраты времени обусловлены тем, что прогрев пород на достаточную глубину происходит медленно и даже при интенсификации его дополнительным акустическим воздействием требует нескольких часов,Способ может быть реализован при помощи устройства, содержащего двух- или трехэлементиый зонд с задающими генераторами, усилителями и поверхностный блок 4.Однако это устройство не позволяет осуществить оптимальное акустическое воздействие па пластовой флюид.Целью изобретения является повышение эффективности и снижение трудоемкости исследований.Поставленная цель достигается тем, что в способе определения типа флюида, насыщающего пласт, основанным на выявлении изменений акустических параметров породы при воздействии, изменяющем акустические свойства насыщающих ее флюидов, включающем возбуждение и прием зондирующего акустического сигнала и измерение его параметров, воздействие на исследуемую породу осуществляют непосредственно в процессе многократного измерения акустических параметров пород путем возбуждения в них дополнительного акустического сигнала, мощность которого изменяют в процессе исследований от нуля до значений, обеспечивающих снижение давления в минимумах поля дополнительного сигнала ниже давления насыщения пластового флюида. Частоту дополнительного акустического сигнала выбирают в 10 - 100 раз выше частоты основного сигнала. Основной зондирующий сигнал имеет импульсную форму, а дополнительный сигнал гармоническую. Основной и дополнительный сигнал могут иметь гармоническую форму. Мощность дополнительного сигнала может быть измененая как непрерывно, так и дискретно.Выделяющиеся при этом в областях минимумов поля пузырьки свободного газа резко увеличивают затухание упругих колебаний и снижают скорость их распространения. Поскольку нефть характеризуется большим газосодержанием, чем пластовые воды,то эффект увеличения коэффициента затухания и снижения скорости распространения упругих колебаний при увеличении мощности дополнительного акустического сигнала для нефтенасыщенных пластов больший и проявится при меньших мощностях дополнительного поля.В устройстве для реализации способа, включающем двух- или трехэлементный зонд с электронными схемами, обеспечивающими возбуждение и прием зондирующего акустического сигнала, его усиление и передачу на поверхность по каротажному кабелю, и поверхностный блок, обеспечивающий обработку сигналов, определение и регистрацию акустических параметров пород, между приемником и излучателем двухэлементного зонда или между те 5 1 О 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 60 65 ми же элементами трехэлементного зонда размещен дополнительный акустический излучатель, а в состав электронных схем зонда введен регулируемый возбудитель этого излучателя и регулирующий его функциональный генератор, например генератор линейно-изменяющегося напряжения.На чертеже дана функциональная схема одного из возможных вариантов устройства, реализующего предлагаемый способ,Способ осуществляют следующим образом.Периодически повторяемое возбуждение в исследуемом объеме пород маломощного зондирующего акустического сигнала (импульсный или гармонический формы) сравнительно низкой частоты 5 - 50 кГц принимают на некотором расстоянии от точки возбуждения и определяют скорость пробега и коэффициента затухания упругой волны или связанных с ними величин, например интервального времени и амплитуды. Затем в том же объеме породы возбуждают дополнительный акустический сигнал гармонической формы с частотой в 10 - 100 раз выше частоты основного зондирующего сигнала. Мощность дополнительного сигнала в процессе исследования плавно или ступенчато изменяют от нуля до значений, обеспечивающих снижение давления в минимумах поля дополнительного сигнала ниже давления насыщения, хараткерного для нефти, являющейся объектом разведки (ориентировочно до нескольких Вт/см). Определяют зависимость акустических параметров от мощности дополнительного акустического сигнала и по характеру этой зависимости судят о типе флюида, насыщающего пласт. При этом для нефтенасыщенных пластов изменение акустических параметров более значительно и соответствует более низким уровням мощности дополнительного акустического сигнала, чем для водонасыщенных.Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит основной излучатель 1 относительно малой мощности, например, магнитострикционного типа, приемники 2 и 3 также магнитострикционного типа, разделяющие их акустические изоляторы 4 - 6. выполненные, например, в виде обрезиненных частей корпуса 7, дополнительный акустический излучатель 8, например, пьезоэлектрическоготипа, допускающий работу с относительно большой мощностью (до сотен ватт), который размещен между приемниками, и электронный блок 9. Последний находится в корпусе и включает генератор 10 тактовых импульсов, возбудитель 11 основного излучателя, усилители 12 и 13, фильтры 14 и 15 нижних частот, делитель частоты 16, функциональный генератор 17, выполненный, например, как генератор линейно-возрастающего напряжения, регулируемый возбудитель 18 дополнительногоизлучения, многожильный несущий кабель 19, связывающий скважинную часть устройства, размещенную в прочном корпусе, с поверхностным блоком 20, в котором осуществляют обработку и регистрацию сигналов, поступающих от скважинной части устройства,Устройство работает следующим образом,После опускания прибора в скважину и включения питания генератор 10 тактовых импульсов периодически, например, с частотой 50 Гц запускает возбудитель 11.Основной излучатель 1 возбудает в породах, окружающих скважину, акустические импульсы с преобладающей частотой в пределах 5 - 50 кГц, которые, пройдя через породы (путь распространения показан на чертеже стрелками), воспринимаются приемниками 2 и 3, и после преобразования в электрический сигнал, усиления усилителями 12 и 13 и фильтрации фильтрами 14 и 15 по соответствующим жилам кабеля 19 поступают на вход поверхностного блока 20, где в результате обработки определяется время пробега волны в породах и коэффициент затухания, Вместе с тем через каждые и импульсов генератора 10 импульс с выхода делителя частоты 16 запускает функциональный генератор 17, напряжение с выхода которого управляет уровнем сигнала на выходе возбудителя 18 и, следовательно, мощностью сигнала дополнительного излучателя 8, которая в течение цикла измерений возрастает от нуля до заданной максимальной величины. Цикл измерений, таким образом, включает и измерений интервального времени пробега и коэффициента затухания, каждое из которых выполняется при увеличенной по сравнению с предыдущей мощности дополнительного акустического сигнала.Измерения могут вестись как поточечно, так и непрерывно. Регистрацию результатов при поточечных измерениях целесообразно проводить во всем диапазоне изменения мощности дополнительного сигнала, а при непрерывных исследованиях по стволу скважины можно ограничиться регистрацией отношения параметров, измеренных при двух заранее выбранных фиксированных уровнях мощности дополнительного сигнала,Можно сконструировать устройство, у которого основной излучатель работает в гармоническом режиме, а измеряемым параметром вместо интервального времени является фазовый сдвиг сигналов: также может быть выбран иной диапазон частот основного и дополнительного излучателей и их соотношение, определяемое возможностью устранения прямого влияния дополнительного сигнала на приемный тракт основного сигнала. Отличительным признаком этого устройства является наличие до 20 25 60 или трехэлементный зонд с электроннымисхемами, обеспечивающими возбуждение и прием зондирующего акустического сигна 65 5 10 15 Зо 35 40 45 50 55 пол нительного акустического излучателя регулируемой мощности с соответствующими электронными схемами,Предлагаемый способ и реализующее его устройство могут широко применяться при выделении нефтенасыщенных коллекторов, особенно карбонатных, в необсаженных скважинах, при обеспечении мощного дополнительного поля и выборе его частоты в зоне прозрачности колонны и в обсаженных скважинах, Этот способ снижает трудоемкость, что позволяет расширить его применение, обеспечивая высокую надежность выделения нефтенасыщенных коллекторов. Формула изобретения 1. 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 измерение его параметров, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения эффективности и снижения трудоемкости исследований, воздействие на исследуемую породу осуществляют непосредственно в процессе многократного измерения акустических параметров пород путем возбуждения в них дополнительного акустического сигнала, мощность которого изменяют в процессе исследований от нуля до значений, обеспечивающих снижение давления в минимумах поля дополнительного сигнала ниже давления насыщения пластового флюида.2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что частоту дополнительного акустического сигнала выбирают в 10 - 100 раз выше частоты основного сигнала.3. Способ по п. 1 и 2, отличающийсяя тем, что используют основной зондирующий сигнал импульсной формы, а дополнительный - гармонической формы,4. Способ по п, 1 и 2, отличающийсяя тем, что используют основной и дополнительный сигналы гармонической формы,5. Способ по п, 1 и 2, отличающийс я тем, что мощность дополнительного акустического сигнала изменяют непрерывно.6, Способ по п. 1 и 2, отл ич а ющийс я тем, что мощность дополнительного акустического сигнала изменяют дискретно.7. Устройство акустического каротажа для его реализации, включающее двухла, его усиление и передачу на поверхность по каротажному кабелю, и поверхностный блок, обеспечивающий обработку сигналов,определение и регистрацию акустических параметров пород, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что между приемником и излучателем двух- элементного зонда или между одноименными элементами трехэлементного зонда размещен дополнительный акустический излучатель, а в состав электронных схем зонда введен регулируемый возбудитель этого излучателя и регулирующий его функциональный генератор, например генератор линейно-измеяющегося напряжения. 7776108Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США3334329, кл, 340 - 18,опубл, 1964,5 2. Авторское свидетельство СССР207172, кл. Е 21 В 47/22, 1967.3. Авторское свидетельство СССР197200, кл. 6 01 Ъ 1/40, 1965,4. Авторское свидетельство СССР по10 заявке2524717, кл. б 01 Ч 1/40, 1977оставитель Э. ВолконскиРедактор М, Стрельченко Техред А. Камышникова Корректор М. ПолякоЗаказ 2526/18 Изд.567 Тираж 649 Подписно НПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений, и открытий 113035, Москва, Ж.З 5, Раушская наб д. 4/5 ипография, пр, Сапунова, 2