Скважинная шумометрия и виброакустическое воздействие на флюидонасыщенные пласты

19 
упругая сила 
F
возникающая при смещении частицы на малую величину 
x 
равна 
F=k x. 
c
Er
)
(
f
k



, 
(2.4) 
где 
E
- модуль Юнга, 

- коэффициент Пуассона, 
f(

)
– параметр, 
определяемый геометрией поровых каналов и упругими свойствами 
микрочастиц и численно равный примерно единице. Под действием силы 
F 
возникают гармонические колебания частиц кварца (плотности 

) с 
собственной частотой 

равной 
2
3
0
0
3
)
(
4
3
2
1








r
r
f
r
E
r
c





. 
(2.5) 
где 
)
(
r
E







1
2
8
3
2
1
2
0
0
.
Для образца, рассмотренного в эксперименте [14] мы взяли значения 
E
=10
9
н/м
2
, 

= 0,35, 
)
2
1
)(
1
(
)
1
(
)
(








f
, 

= 5·10
3
кг/м
3
, что соответствует 
значению 

0
~ 17 кГц. 
Амплитуду колебаний 
b
частицы кварца в выражении в режиме 
вихревого сопротивления определим выражением [8] 
k
/
V
r
C
b
2
2
2



. 
(2.6) 
Здесь 
С 
–
 
коэффициент лобового сопротивления, 
0

и 
V
– соответственно 
плотность и скорость потока флюида. Коэффициент 
С 
зависит от числа 
Рейнольдса 
Re
, и для случая малых скоростей, 
С
=
a

/

V

[15], где 

- 
вязкость флюида, 
a 
- численный коэффициент, не зависящий от свойств 
флюида и 

- характерный размер обтекаемого тела. Для тела сферической 
формы радиуса 
r
, 

=
r
. 
Согласно эмпирической формуле Дарси,
P
m
K
V



(2.7)
где 
К 
– проницаемость песчаника ,
 

P
– градиент давления и 
m - 
пористость 
песчаника. Заметим что 
К
не зависит от свойств флюида. Комбинируя 
выражения (5 и 6) для амплитуды 
b 
мы получаем следующее выражение: 
b
=


20 
arK

P/2k
. Видно, что 
b 
не зависит от свойств флюида. Окончательно, 
выражая 
r
через 

и интегрируя (2.3) по объему керна, для спектральной 
плотности 
dI/dv 
мы получаем





















2
2
2
0
3
1
2
3
2
1
/
ln
exp
A
d
dI
/
,
(2.8)
где 
2
2
3
2
2
2
3
16
0
8
0
0
0
2
17
2
9
16
m
k
c
)
P
(
K
a
r
N
A
s
/
/







На рис. 2.7 показано сравнение рассчитанных частотных зависимостей 
шумов фильтрации воды и углекислого газа (
CO
2
) в одном и том же образце 
пористого песчаника для
 
величины 
A/A
max
=[(dI/dv)/(dI/dv
max
)]
1/2
с 
экспериментальными данными, где (
dI/dv
)
max
соответствует максимуму 
спектральной плотности шумов производимых при фильтрации 
CO
2
. 
Заметим, что в такой интерпретации, 
(A/A
max
)
CO2 
зависит только от параметра 
логнормального распределения 

и частот 

и 
0

. Для оценки 
0

мы 
использовали параметры 
E
~ 10
9
H/м
2
и 

~ 1/2. Согласие между теорией и 
экспериментом хорошее, что подтверждает правильность нашей теории.
Рис. 2.7. Сравнение экспериментально полученных значений амплитуд шумов 
фильтрации для воды (полые квадратики) и углекислого газа (заполненные 
квадратики) и теоретических кривых для воды (пунктирная линия) и 
углекислого газа (сплошная линия). 

21 
2.3. Практическое использование скважинной шумометрии 
 
Рассматриваемый метод спектральной шумометрии основан на изучении 
звукового поля в исследуемой скважине. Источниками звука с различными 
спектральными характеристиками могут быть участки с резким изменением 
скорости и направления потока жидкости, потоки жидкости по трещинам в 
разрушенном цементном кольце, а также фильтрационные течения флюида в 
пористой среде насыщенных пластов. Источники различают с помощью 
частотного разделения сигнала, принимаемого глубинным гидрофоном. 
Разработан способ контроля гидродинамического потока в скважине [16], 
включающий замер уровня звукового давления гидродинамического шума по 
стволу скважины. При его реализации измеряют максимальные значения 
уровней 
звукового 
давления 
и 
соответствующим 
им 
частоты 
гидродинамического шума по стволу скважины, по значению частоты 
каждого из максимальных уровней звукового давления определяют режимы 
течения гидродинамического потока в работающей скважине, а по 
относительному изменению значений уровней соответствующих частот по 
стволу 
скважины 
определяют 
местоположение 
режимов 
течения 
гидродинамического потока. 
Таким образом, по диаграмме спектрального шумового каротажа скважин 
можно выявить характер движения потока и его местоположение. Это позволяет 
определить работающую толщину пласта, в том числе на неперфорированных 
участках, заколонные перетоки, межпластовые перетоки в стволе скважины, 
микроциркуляцию в пластах, интервалы нарушения НКТ и эксплуатационной 
колонны. 
На рис. 2.8 представлены типичные спектры гидродинамических шумов в 
скважине для различных режимов течения гидродинамического потока. 
Кривая 1 характерна для спектра шума при движении жидкости в 
турбулентном режиме по насосно-компрессорным трубам, обсадной колонне. 
Частота максимального значения уровня шума в спектре для данного режима 
течения определяется скоростью потока и размером канала течения. Поэтому 
контроль частоты максимальных уровней в спектре этого режима, а также 
относительного изменения значения уровней звукового давления для каждой 
из частот соответствующих максимальных уровней по стволу скважины 
позволяет определять относительное изменение площади канала и 
местоположение этого изменения по стволу скважины. Эти же 
закономерности характерны для течения жидкости через нарушения в трубах 

22 
и перфорационные отверстия в колонне (кривая 2) и по трещинно-
кавернозным полостям заколонного цементного камня (кривая 3). Для этих 
условий течения увеличение частоты максимальных уровней в спектре шума 
потока связано с уменьшением площади сечения отдельных каналов и, как 
правило, относительным увеличением скорости течения, а также 
дополнительным завихрением потока на неоднородных границах этих 
каналов. 
Рис. 2.8. Типичные спектры шумов в скважине. 
Для фильтрационного потока по коллектору гидродинамический шум для 
этого потока определяется взаимодействием гидродинамического потока с 
твердым скелетом коллектора. Частота спектра фильтрационного режима 
течения определяется характерными размерами капилляров и структурой 
твердой фазы коллектора. Кривая 4 соответствует фильтрационному режиму 
в трещиноватокавернозных карбонатных коллекторах, кривая 5 характеризует 
фильтрационный поток в кавернозно-пористых карбонатных коллекторах, а 
кривая 6 определяет фильтрационный поток в пористом песчаном коллекторе. 
Таким образом, характерные спектры гидродинамического шума 
определяют фильтрационный режим течения в коллекторе, в частота 
максимального звукового давления в этой полосе характеризует тип 
коллектора, т. е. режим течения гидродинамического потока в работающей 
скважине. 
Местоположение 
интервала 
фильтрационного 
течения 

23 
определяется относительным изменением уровня звукового давления для 
каждой из частот соответствующих максимальных уровней по стволу 
скважины. 
Ниже показаны некоторые примеры шумограмм. Результаты исследований 
спектральным шумомером в нагнетательных и эксплуатационных скважинах 
Ромашкинского нефтяного месторождения представлены в [17,20]: определение 
работающих пластов, определение непроизводительной закачки, определение 
местоположения заколонной циркуляции. 
На рис. 2.9 приведена шумограмма призабойного участка скв. 4887 в полосах 
100-3000 Гц (кривая 1) и 3-20 кГц (кривая 2). Интервал перфорации 1724.4-1731.0 
м. В данном случае можно говорить о совпадении интервалов перфорации и 
работающих пластов. 
Интерпретация результатов измерений, представленных на рис. 2.10: 
интервалы поглощения пористого коллектора 1699 – 1703, 1714 – 1716 и 
1718,5 – 1722 м (кривая 1) не совпадают с интервалом перфорации, за 
исключением 
верхнего 
участка, 
хотя 
жидкость 
проходит 
через 
перфорационные. отверстия (кривая 2), за колонной растекается и 
поглощается в нижние и верхний интервалы коллектора, в то время как 
интегральная шумограмма (кривая 3) только показывает наличие движения и 
изменения скорости движения в районе перфорации.
Рис. 2.9. Шумограмма скв. 4887. 

24 
Рис. 2.10. Шумограмма СКВ. 17543. 
Кривые на рис. 2.10 представляют: 1 – шумограмма в третьоктавной 
полосе со средней частотой 12,5 кГц; 2 – шумограмма в октавной полосе со 
средней частотой 630 Гц; 3 – интегральная шумограмма.
На рис. 2.11 показана шумограмма акустического спектра в полосе 3-20 
кГц в СКВ. 15469. Верхний перфорированный интервал был изолирован 
цементным мостом. Исследования, проведенные методом шумометрии 
показали, что работают оба интервала пласта (интервалы перфорации 
отмечен стрелочками), что говорит о низком качестве изоляционных работ.
Рис. 2.11. Шумограмма скв. 15469. 

25 
Помимо определения профилей фильтрационного притока жидкости и их 
соответствия интервалам перфорации, выявления степени эффективности тех 
или иных видов обработки призабойной зоны, используя шумометрию, 
можно наблюдать процесс динамики обводнения скважин по изменению 
амплитуд шумов, создаваемых различными жидкостями, поскольку с 
уменьшением вязкости скорости потоков, и, соответственно, амплитуды 
шумов фильтрации увеличиваются. Метод может быть использован также и 
при решении экологических задач при контроле над потоками жидкостей в 
водоносных пластах. 
Таким образом, с помощью спектральной шумометрии можно 
диагностировать вышеописанные процессы в околоскважинном пространстве 
и осуществлять оперативный текущий контроль над эволюцией резервуаров в 
процессе заводнения. 

26 

жүктеу/скачать 0,9 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: