Скважинная шумометрия и виброакустическое воздействие на флюидонасыщенные пласты

10 
зависимости позволяют сделать достаточно важный вывод о том, что в 
условиях течения жидкости по обсадной колонне и насосно-компрессорной 
трубе (НКТ) излучение звука происходит низкочастотными источниками и их 
спектр лежит в низкочастотной области (до сотни герц). 
Для фильтрационного потока спектр излучения расположен в области 
более высоких частот от 2 до 20 кГц, как следует из экспериментальных 
исследований, проведенных на физических моделях в лабораторных 
условиях, рис. 2.1 (а), кривая 3 и рис. 2.1 (б), что подтверждается и 
многочисленными экспериментальными исследованиями в скважинных 
условиях. Движение жидкости через перфорационные отверстия и нарушения 
в колонне или НКТ, трещиновато-кавернозным средам и т.д., как правило, 
соответствует спектру излучаемого шума между спектрами шума 
турбулентного потока в трубах и фильтрационного потока в пластах, рис. 2.1 
(а), кривая 2. 
Рис. 2.1. Спектры гидродинамических шумов 
а) 1 – течение в НКТ, 2 – течение за колонной, 3– течение в зоне 
работающего пласта; 
б) фильтрационное течение, 1 – на физической модели, 2 – излив, 
3 – закачка. 

11 
2.1. Экспериментальные исследования шумов фильтрации 
Исследования гидродинамического звукообразования, возникающего при 
фильтрации, проводились как в лабораторных условиях [14], так и в полевых 
условиях на работающих скважинах [15,20].
На кафедре радиоэлектроники КФУ разработана аппаратура по 
спектральной шумометрии гидродинамического потока в скважине [16], 
которая предназначена для измерения уровня шумов в линейной полосе, в 
полосе средних и верхних частот потока жидкости в нагнетательных и 
добывающих скважинах с целью определения работающих интервалов 
(фильтрационный поток), заколонных перетоков, микроциркуляции между 
пластами, нарушений в трубах (обсадная колонна, НКТ), измерение сечение 
потока жидкости (воронка и т.д.). 
Условия эксплуатации прибора: 

Рабочая среда 
нефть, вода, газ. 

Диапазон рабочих скоростей 0,005-1 м/с. 

Максимальное давление 
60 МПа. 

Диапазон температур 
0-60 
о
С. 

Габаритные размеры 
25x450 мм. 

Вес прибора 
1 кг. 
Спуско-подьемные операции глубинного прибора проводятся любыми 
стандартными геофизическими подъемниками, а регистрирующая аппаратура 
находится в стандартной измерительной станции. Оборудование скважины 
должно соответствовать общим требованиям проведениям проведения 
геофизических работ. 
Измерения шумов в скважине имеют некоторые особенности: 
а) Измерения по точкам имеют более высокую разрешающую 
способность, чем при непрерывной записи. 
б) Непрерывную запись можно проводить только при расходах порядка 
100 м
3
/сутки и более. 
в) При проведении измерений необходимо исключить помехи шумового 
характера (работа двигателя, электростанции, насосов, колебание кабеля и 
т.д.). 
г) При точечных измерениях необходимо проводить измерения при 
полной остановке глубинного прибора (выдержка от 60 до 120 секунд). 
Аппаратура для спектрального анализа шума гидродинамического потока 
в скважине включает глубинный прибор, позволяющий преобразовывать 

12 
акустический сигнал во всем спектре гидродинамического шума, а также 
наземный регистрирующий блок. Регистрирующий блок выполняет 
спектральный анализ и регистрацию принимаемого сигнала. Один из 
вариантов такой аппаратуры представлен на рис. 2.2, где в качестве 
анализатора спектра используется блок полосовых фильтров с тремя 
полосами, соответствующими нижней, средней и верхней зонам спектра 
гидродинамического шума потока жидкости в скважине. 
Рис. 2.2. Структурная схема устройства для спектральной 
шумометрии гидродинамического потока в скважине. 
1- скважинный прибор, 2- наземная регистрирующая аппаратура 
АД - акустический датчик, ПУНЧ - предварительный усилитель низкой 
частоты, УНЧ - низкой частоты, ЭПС - эмиттерный повторитель связи, КС - 
канал связи (кабель), СТ - стабилизатор, БФП - блок полосовых фильтров, Ос 
- осциллограф, РС - регистр сигнала 
Типичные спектры шумов фильтрации для различных пористых 
коллекторов представлены на рис. 2.3. 
Для 
исследования 
гидродинамического 
звукообразования 
фильтрационного потока в пористых средах была создана лабораторная 
установка, в которой образец коллектора в виде цилиндра (диаметром 
2
10
2
1



м и длиной 
2
10
4
2



м) помещался в измерительную ячейку с 
жестким стальным корпусом. На поверхности корпуса ячейки располагался 
измерительный датчик цилиндрической формы из пьезокерамики ЦТС-19 и 
предварительный усилитель низкой частоты. Сигнал с предварительного 
усилителя подавался на третьоктавный анализатор спектра шумов. Подвод и 
отвод жидкости от измерительной ячейки осуществляется по металлическим 
трубам длиной до одного метра с тем же диаметром, что и ячейка. 

13 
Измерительная ячейка помещалась в противошумовой контейнер. 
Относительные значения фоновых шумов в лабораторном эксперименте не 
превышали 0,02. 
Рис. 2.3. Типичные спектры шумов фильтрации в различных коллекторах. 
1- трещиноватые, 2- трещиновато-пористые, 3 – пористые карбонатные, 
4- пористые песчаники. 
В качестве фильтрующего флюида использовались вода и углекислый газ 
(СО
2
). Для образцов был взят керновый материал из трещиновато-пористых и 
пористых коллекторов нефтяных месторождений. Именно в этих коллекторах 
проводились нами и скважинные исследования. На рис. 2.4 приведены 
спектры шумов, полученные при фильтрации жидкости. Трещиновато-
пористым карбонатным породам соответствуют шумы с максимумами в 
спектре на частотах 4,0 и 6,3 кГц, пористым песчаникам –16,0 и 20,0 кГц. 
Таким образом, полученные результаты показывают, что амплитудно-
частотные характеристики шумов фильтрационного потока в пластовых и 
лабораторных условиях идентичны и определяются структурой и типом 
коллектора. Как правило, в трешиновато-пористых коллекторах поток 
фильтруется через трещиноватое пространство и максимум спектра 
гидродинамического шума расположен в пределах единиц килогерц. Если же 

14 
фильтрация потока осуществляется через трещины и поры одновременно, то 
дополнительно появляются шумы в области более высоких частот, 
характерные для шумов потока через пористое пространство (рис. 2.3, кривая 
2). 
Рис. 2.4. Спектры шумов фильтрации в пористом песчанике при пропускании 
жидкости и газа через один и тот же образец. 
Лабораторные эксперименты по фильтрации жидкости и газа через одни 
и те же образцы. Оказалось, что максимумы спектра шумов фильтрации в 
этом случае практически совпадают (рис.2.4). Этот факт позволяет сделать 
вывод о том, что вид спектра шума фильтрационного потока не зависит или 
незначительно зависит свойств флюида, а связан главным образом со 
структурой и типом коллектора. 
Для выяснения влияния скорости фильтрации на вид спектра были 
проведены эксперименты, в которых шумы измерялись при различных 
скоростях потоков жидкости. В этих условиях большим скоростям 
фильтрации соответствуют большие амплитуды шумов. При этом не 
происходит заметного изменения спектра шумов для каждого отдельного 
исследованного образца (рис. 2.5).

15 
Рис. 2.5. Спектры шумов фильтрации при различных скоростях потоков 
жидкости для одного и того же образца. 1,2,3 – спектры шумов фильтрации в 
пористом песчанике при соотношении скоростей 4:2:1, 4,5,6- в 
мелкозернистом песчанике при соотношении скоростей потоков 5:3:1, 
соответственно. 
Полученные результаты позволяют для случая низкоскоростных 
фильтрационных потоков жидкостей в пористых средах предложить 
следующий механизм звукообразования. Движущаяся жидкость выступает в 
качестве инициатора звуковых колебаний. Флуктуации давления в ней имеют 
широкий спектр. Упругий пористый скелет "отбирает" те колебания, частоты 
которых являются "резонансными" для механических колебаний частиц 
горной породы, образующих твердый скелет коллектора. Результатом 
подобного взаимодействия и является возникновение самосогласованных 
механических колебаний частиц твердого скелета коллектора и частиц 
жидкости. В рамках такой модели можно объяснить основные 
закономерности 
явления 
гидродинамического 
звукообразования 
фильтрационным потоком. 
Полевые 
исследования 
выполнялись 
аппаратурой 
скважинной 
спектральной шумометрии, разработанной на кафедре радиоэлектроники 
КГУ. Данная аппаратура включает скважинный акустический приемник 
цилиндрической формы диаметром 0,025 м и длиной 0,45 м, соединенный 
геофизическим кабелем с вторичным прибором спектрального анализа и 

16 
регистрации. Акустическим датчиком скважинного прибора служила 
пьезокерамика ЦТС-19 сферической формы. Датчик помешался в жесткий 
непроницаемый контейнер, заполненный маслом. Этот датчик соединен через 
предварительный усилитель звуковой частоты и схему согласования с 
геофизическим кабелем, по которому информационный сигнал передавался 
во вторичный прибор. Спектральный анализ сигнала осуществлялся 
третьоктавным анализатором шума в полосе измерения от 20 Гц до 30 кГц. 
Чувствительность скважинного акустического приемника не хуже 0,1 Па. В 
настоящее 
время 
производится 
цифровая 
обработка 
сигнала 
с 
использованием АЦП Е-440 и ноутбука. 
Скважинные измерения проводятся в нескольких участках скважины 
путем последовательного перемещения измерительный прибор в ее стволе. 
Во время измерения прибор покоился. При этом прибор помещался как в зоне 
коллектора, так и в удалении от него, где влияние шумов фильтрационного 
потока отсутствует. В результате анализа и сравнения различных 
гидродинамических ситуаций установлено, что в зоне работающего 
коллектора за счет фильтрационного потока в спектре шумов возникают 
дополнительные источники в диапазоне от 1 до 25 кГц в зависимости от 
структуры коллектора. На основе этих закономерностей звукообразования 
разработан способ контроля гидродинамического потока в скважине [16]. 
На рис. 2.6 приведены типичные спектры гидродинамических шумов, 
возникаюшие 
при 
фильтрации 
в 
различных 
типах 
коллекторов 
(нормированные на свои максимальные значения). Для шумов фильтрации в 
трещиноватых 
и 
трещиновато-пористых 
карбонатных 
коллекторах 
характерно звукообразование в диапазоне частот порядка 1 – 8 кГц. Причем, 
если фильтрация происходит по трещиноватым и пористым каналам 
одновременно, в спектре шумов имеются два максимума (кривая 2, рис. 1). В 
пористых песчаных коллекторах шумы фильтрации расположены в области 
более высоких частот от 3 до 30 кГц. Для крупнозернистых коллекторов 
шумы фильтрации имеют более низкий частотный спектр (кривая 3, рис. 1), а 
мелкозернистые коллекторы имеют более высокочастотные шумы 
фильтрации (кривая 4, рис. 1). При удалении скважинного прибора от зоны 
фильтрационного потока относительные значения фоновых шумов в спектре 
фильтрационных шумов не превышают 0,05. 

17 
Рис. 2.6. Натурные спектры шумов фильтрации: 1- в трещиноватом 
коллекторе, 2- в трещиновато-пористом карбонатном коллекторе, 
3 – пористом песчаном коллекторе, 4- пористом песчаном мелкозернистом 
коллекторе. 

жүктеу/скачать 0,9 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: