SU744408A1 - Method and apparatus for acoustic logging - Google Patents

Description

1 Изобретение от1 оситс  к области промыслово-геофизических исследований нефт ных и газовых скважин и может быть использовано дл  определени  газового фактора в скважинной жидкости акустическим методом.1 The invention ranges from the field of geophysical surveys of oil and gas wells and can be used to determine the gas factor in the well fluid using an acoustic method.

При геофизических исследовани х разведочньк и действующих нефт ных и газовых скважин из актуальных вопросов  вл етс  определение газового фактора - измерение содержани  свободного газа, а также количества и размеров газовых пузырьков в скважинной жидкости.In geophysical surveys of exploration and operating oil and gas wells, the most pressing issues are determining the gas factor — measuring the content of free gas, as well as the number and size of gas bubbles in the well fluid.

Известен способ акустического каротажа скважин при помощи устройства, которое содержит скважинный прибор, соединенный каротажным кабелем с наземной панелью. Скважинный прибор этой аппаратуры имеет структуру ИП, ИП1П1 или И1И2П и содержит задающий генератор, генераторы токовых импульсов дл  возбуждени  излучателей и усилитель сигнала с приемника. Наземна  панель содержит блок питани , синхронизатор, измерители амплитуд или затухани  принимаемого сигнала, регистратор 1.There is a method of acoustic logging wells using a device that contains a downhole tool connected by a logging cable with a ground panel. The downhole tool of this apparatus has an IP, IP1P1 or III2P structure and contains a master oscillator, current pulse generators for driving emitters and a signal amplifier from a receiver. The ground panel contains a power supply unit, a synchronizer, amplitude or attenuation meters of the received signal, the recorder 1.

/. /.

Оцнако излучатели работают в импульсном режиме на одной частоте, отсутствует схема изменени  интенс11вносги излучени , что не позвол ет использовать данное устройство дл  определени  газового фактора скважинной жидкости ,jHowever, the emitters operate in a pulsed mode at a single frequency, there is no scheme for changing the intensity of radiation, which does not allow using this device to determine the gas factor of the well fluid, j

Известен также способ акустического каротажа , который реализуют при помощи устройства , содержащего несколько излучателей с различными собственными резонансными час10 тотами, приемник, собственна  резонансна  частота которого находитс  вдали от частот излучателей, акустический изол тор, задающие генераторы, генераторы токОвЫх импульсов и усилитель принимаемого сигнала, а также из There is also known a method of acoustic logging, which is implemented using a device containing several emitters with different natural resonant frequencies, a receiver whose own resonant frequency is far from the frequencies of emitters, an acoustic isolator, driving generators, current pulse generators and an amplifier of the received signal, and also from

15 наземной панели, котора  содержит блок питани , синхронизатор, усилитель, систему узкополосных фильтров, детектор и регистратор 2.15 of the ground panel, which contains a power supply unit, a synchronizer, an amplifier, a narrow-band filter system, a detector and a recorder 2.

Способ реализуют следующим образом.The method is implemented as follows.

При движении скважинного прибора вдоль When moving downhole tool along

20 ствола скважины одновременно на разных часготах возбуждают все излучатели и воздействуют через породу на приемник. Мощность излучени  выбираетс  как можно ниже порога 374 кавитащга (не регулируе с ), но достатошз  дл  уверенной регистрации сигнала приемником Приекшик преобразует упругие колебани  а не: который сложный сигнал с составл юидат соответствующих частот. Колебани  со сложным спектром усиливаютс  и из скважинного прибора поступают по кабелю в наземную панель, где сигнал усиливаетс  и системой узкополосных фильтров распредел етс  на составл ющие частоты. Кблебани  этих частот с разли шой амплитудой , определ емой частотной характеристикой тракта йередачи, включа  исследуемую горную породу, детектируютс  и поступают на панели регистратора. Аппаратура позвол ет регистрировать частотные характеристики в ввде непрерывной вдоль скважины каротажной диаграммы, отражающей TpaHCKfflCCHOHJaie свойства горный пород дл  нескольких дискрет ных частот, соответствующих собственным частотам используемых излучателей 2. Недостаток известного устройства заключаетс  в том, что аппаратура не позвол ет определить газовый фактор скважинной жидкости. Цель изобретени  - измерение газового фактора жидкости в: скважишш1х услови х в процессе непрерывного каротажа. Поставленна  цель достигаетс  тем. Что и каждой точке измерени  возбуждают колебани  поочередно на четырех частотах, одна из которых в два к более раза меньще резонансной частоты собственных колебаний газовых пузырьков наибольших размеров, а другие - соответствуют резонансным частотам собственных колебаний пузырьков наибольщих, наимень щих и промежуточных размеров, измен ют интенсивность колебаний, определ ют величину акустического давлени , при котором образует с  кавитаци , и по количеству и размерам газовых пузырьков и концентрации свободного газа (регистрируют по изменению спектра излу чаемого сигнала) определ ют .газовый фактор скважинной жидкости. Устройство дл  регулировани  способа включает скважинный прибор содержащий электроакустические излучатели, приемник и задающие генераторы и соединённый через каротажный кабель с наземной панелью , включающей усилитель полного сигнала И регистратор, отличаетс  тем, что в скважинньш прибор введены, коммутатор, схема регулировани  мощности излучени  и усилители мощности, Лричем задающие генераторы соединены через коммутатор и схему регулировани  с соответствующими усилител ми мощности, зап скающнми излучатели, а в наземную панел введены блок управлени  коммутатором и схе мой регулировани  мощности излучени , расположенных в скважинном приборе, детекторы усилители низкой частоты и посто нного тока. причем выход усилител  полного сигнала со- единен со входом детектора, выход которого через усилитель низкой частоты и второй детектор подключен к усилителю посто нного тока, соединенному с регистратором. Способ основан на зависимости частотных и амплитудных характеристик регистрируемых сигналов от количества и величины газовых пузырьков в скважинной жидкости. Зна  эти величюты и определив концентрацию свободного газа в скважинной. жидкости, определ ют газовый фактор скважинной жидкости. Способ реализуют следующим образом. В любой точке ствола скважины (или последовательно в Нескольких точках) поочередно возбуждают акустические колебани  на нескольких частотах, но не менее четырех fj, fj, fa и f4.. Частота fj соответствует резонансной частоте собственных колебаний пузырьков газа наибольщих размеров, которые присутствуют в скважинной жидкости. Увеличива  интенсивность колебаний на этой частоте, определ ют велнчщ1у акустического давлени , при которой происходит разрыв скваж1шной жидкости - образуетс  кавитаци , по вление которой определ ют по изменению характера излучаемого сигнала. Включают сигнал и в этой же точке скваж1шы возбуждают акустические колебани  с частотой fa, котора  соответствует резонансной частоте собстве1шых колебаний газовых . пузырьков наименьщих размеров, которые существуют в буровом растворе. Увеличива  интенсивность колебаний, определ ют величину акустического давлени , при котором возникает кавитаци . Выключают этот сигнал и эти же операщ5и повтор ют дл  акустических колебаний с частотой fj, котора  соответствует среднему размеру газовых пузырьков. По результатам измерений определ ют ту часть газового фактора, котора  зависит от количества и размеров газовых пузырьков в гкважинной жидкости . Далее в этой же точке скважины возбуждают акустические колебани  с частотой i, котора  не менее чем в два раза меньще самой низкой резонансной частоты собственных колебаний пузырьков. Измен   1й те сивность колебалий , измер ют величину акустического давлени , при которой возникает кавитаци  и определ ют ту часть газового фактора, котора  зависит от концентрации в жидкости свободного газа. Определение величины газового фактора по результатам измерений производ т либо путем вычислений, либо по палеточным зависимост м , полученным на модельных установках. Возможно определение относительного изменени  величины газового фактора в-функции глубины скважины в процессе непрерывного каротажа . С этой целью определ ют газовый фактор20 boreholes simultaneously excite all emitters at different parts and act through the rock on the receiver. Radiation power is chosen as low as 374 cavitator threshold (not adjustable from), but sufficient to ensure reliable signal reception by the receiver. Prichyx converts elastic vibrations rather than: which is a complex signal with components of the corresponding frequencies. The vibrations with a complex spectrum are amplified and from the downhole tool come through the cable to the ground panel, where the signal is amplified and the system of narrow-band filters is distributed to the component frequencies. Kblebani of these frequencies with a different amplitude determined by the frequency response of the transmission path, including the rock under study, are detected and fed to the recorder panels. The equipment allows recording the frequency characteristics in a water input continuous along a well log, reflecting the TpaHCKfflCCHOHJaie rock properties for several discrete frequencies corresponding to the eigenfrequencies of the emitters used 2. A disadvantage of the known device is that the gas factor does not allow determining the gas factor of the well fluid. The purpose of the invention is to measure the gas factor of a liquid in: well conditions in the course of continuous logging. The goal is achieved by those. As each measurement point, oscillations are alternately triggered at four frequencies, one of which is two or more times less than the resonant frequency of natural oscillations of gas bubbles of the largest sizes, and the others correspond to the resonant frequencies of natural oscillations of bubbles of the largest, smallest and intermediate sizes, change the intensity fluctuations, determine the amount of acoustic pressure at which it forms with cavitation, and by the number and size of gas bubbles and the concentration of free gas (record by changing the spectrum of the emitted signal, the gas factor of the well fluid is determined. A device for controlling the method includes a downhole tool containing electroacoustic emitters, a receiver and master oscillators and connected via a wireline to a ground panel including a full signal amplifier AND recorder, characterized in that a switch, a radiation power control circuit and power amplifiers are inserted into the well device, By the way, the master oscillators are connected through the switch and the control circuit with the corresponding power amplifiers, transceiver radiators, and into the ground panel A switch control unit and a radiation power control circuit located in the downhole tool, low-frequency and direct-current amplifiers detectors are presented. the output of the full-signal amplifier is connected to the input of the detector, the output of which is connected via a low-frequency amplifier and the second detector to a DC amplifier connected to the recorder. The method is based on the dependence of the frequency and amplitude characteristics of the recorded signals on the number and size of gas bubbles in the well fluid. Know these magnitudes and determine the concentration of free gas in the well. fluids, determine the gas factor of the well fluid. The method is implemented as follows. At any point in the wellbore (or sequentially in a few points), acoustic oscillations are alternately excited at several frequencies, but not less than four fj, fj, fa, and f4 .. The frequency fj corresponds to the resonant frequency of natural oscillations of the gas bubbles of the largest size that are present in the well fluid . By increasing the intensity of oscillations at this frequency, the wellness of the acoustic pressure is determined, at which the wellbore fluid is ruptured - cavitation is formed, the occurrence of which is determined by the change in the nature of the radiated signal. The signal is turned on and, at the same point, the boreholes initiate acoustic oscillations with a frequency fa, which corresponds to the resonant frequency of the own gas oscillations. bubbles of the smallest sizes that exist in the drilling fluid. By increasing the intensity of the oscillations, the amount of acoustic pressure at which cavitation occurs is determined. The signal is turned off and the same operations are repeated for acoustic oscillations with a frequency fj that corresponds to the average size of the gas bubbles. According to the measurement results, that part of the gas factor is determined, which depends on the number and size of gas bubbles in the well gas. Then, at the same point, the wells excite acoustic oscillations with frequency i, which is no less than two times lower than the lowest resonant frequency of natural oscillations of the bubbles. By varying the vibrations, the amount of acoustic pressure at which cavitation occurs is measured and that part of the gas factor is determined, which depends on the concentration of free gas in the liquid. The determination of the magnitude of the gas factor from the measurement results is carried out either by calculation or by pallet dependencies obtained on model installations. It is possible to determine the relative change in the magnitude of the gas factor in-function of the depth of the well in the process of continuous logging. For this purpose, the gas factor is determined.

5 75 7

с помощью вышеперечисленных операций на sgfioe скважины. Затем возбуждают акустические колебани  одновременно иа всех четырех частотах с интенсивностью ниже кавитациошюго порога бурового раствора и начинают перемещать скважинный прибор вдопь С1вол;а скважины . Изменение характера одного из четьфех излучаемых сигналов (или всех вместе) свидетельствует об увеличении газового фактора и о характере изменени  газосодержани  в скважицной жидкости - увеличении числа, размера газовых пузырьков или концентрации свободного газа.using the above operations on sgfioe wells. Then, acoustic oscillations are simultaneously excited at all four frequencies with an intensity below the cavitation threshold of the drilling mud, and the well device begins to move along the C1vol and a borehole. A change in the character of one of the signals emitted (or all together) indicates an increase in the gas factor and a change in the gas content in the well fluid — an increase in the number or size of gas bubbles or the concentration of free gas.

На чертеже изображена блок-схема устройства , реализующего способ.The drawing shows a block diagram of a device implementing the method.

Устройство состоит из скважйнного прибора 1, соединенного через каротажный кабель 2 с наземной панелью. Скваж1шный прибор содержит четыре магнитострикционных излучател  И1И2ИзИ4 и блок 3 электроники, который состоит из четырех задающих генераторов, схемы регулировани  мощности излучени , схемы коммутировани  каналов и четырех регулируемых усилителей мощности дл  возбуждени  соответствующих излучателей, соединенных также через схему коммутировани  каналов с наземной панелью через каротажный кабель (на чертеже не обозначены). Наземна  панель включает блок 4 управлени  коммутатором и схемой регулировани  мощности излучени  в скважиниом приборе, усилитель 5 полного сигнала, детектор 6, усилитель 7 низкой частоты, второй детектор 8, усилитель 9 посто нного тока, регистратор 10 и контрольный прибор И (ламповый вольтметр)..The device consists of a borehole device 1, connected through a logging cable 2 with a ground panel. The well contains four I2I2IIZI 4 magnetostrictive radiators and an electronics unit 3, which consists of four master oscillators, a radiation power control circuit, a channel switching circuit, and four adjustable power amplifiers for exciting the respective radiators, also connected via a wire logging circuit to the ground panel via a wireline ( not marked in the drawing). The ground panel includes a switch control unit 4 and a radiation power control circuit in a borehole device, a full signal amplifier 5, a detector 6, a low frequency amplifier 7, a second detector 8, a direct current amplifier 9, a recorder 10 and a control device I (lamp voltmeter). .

Конструктивно излучатели в скважинном приборе располагаютс  как можно ближе друг к другу, но не ближе, чем на рассто ние одной полуволны (3 см) из-за искажени  ближнего пол  давлений. Это условие св зано с единстве1шостью измерений в одной точке исследовани  и определ ет точность измерени  газового фактора в единичном объеме скважины .Structurally, the emitters in the downhole tool are located as close as possible to each other, but no closer than one half-wave (3 cm) distance due to distortion of the near-field pressure. This condition is related to the uniformity of measurements at a single point of investigation and determines the accuracy of measuring the gas factor in a unit well volume.

Устройство работает следующим образом. The device works as follows.

Скважинный прибор устанавливаетс  в выбранную точку исследований. Из блока 4 управлени  коммутатором в скважинном приборе отключаютс  от схем возбуждени  и регистрации преобразователи ИгИзИ. Излучатель И} возбуждают в непрерывном режиме на частоте, соответствующей собственной резонансной частоте колебаний газовых пузырьков наибольщих размеров. Измен   из блока 4 интенсивность колебаний, определ ют момент по влени  кавитации в скважинной жидкости. При достижении пороговой амплитуды Давле11ил кавитационные щумы нар ду с отраженным от акустических каверн сигналом попадают на излучатель,The downhole tool is installed at a selected research point. From the switch control unit 4 in the downhole tool, the transducer drivers are disconnected from the driving and recording circuits. The emitter I} is excited in a continuous mode at a frequency corresponding to its own resonant frequency of oscillation of the gas bubbles of the greatest size. The change in the intensity of oscillations from block 4 determines the time of the occurrence of cavitation in the well fluid. When the threshold amplitude of Davleil is reached, the cavitation probes, along with the signal reflected from the acoustic cavities, reach the radiator,

преобразуютс  в электрические колебани  и хаотически модулируют возбуждаиицее напр жение на излучателе. Этот модулированный сигнал подаетс  по кабелю в наземную панель, где усиливаетс  широкополосным усилителем 5 детектаруетс  на детекторе 6 и каскадами 7-9 формируетс  в импульс посто нного тока, который поступает на регистратор 10 и контрольный прибор 11. По градуировочной ишале из («ер етс  величина акустического давлени  Р|. Затем из блока 4 в йаземной панели отключаетс  преобразователь Hi в скважинном приборе и поочередно подключаютс  в возбуждаютс  излучатели на частотах, соответствующих собственным резонансным частотам колебаний газовых пузырьков наименьших и промежуточных размеров - fi, fj, а также на частоте f4 не менее, чем в два раза меньшей , чем частота fi. Измен ют интенсивность излучени  каждого преобразовател  и в момент по влени  кавитации по градуировочной шкале измер ют величины акустических давлений р2, РЗ, Р4. по. которым определ ют количество газовых пузырьков наибольишх, наименьших и промежуточных размеров, а также концентрацию свободного газа в скважинной жидкости .are converted into electrical oscillations and randomly modulate the excitation voltage across the radiator. This modulated signal is fed via cable to the ground panel, where it is amplified by a wideband amplifier 5, detected on detector 6, and in cascades 7–9 is formed into a DC pulse, which is fed to the recorder 10 and the control device 11. On a calibration circuit from ( acoustic pressure P |. Then, the Hi transducer in the downhole tool is disconnected from block 4 in the ground panel and the emitters are alternately connected to the emitters at frequencies corresponding to their own resonant oscillation frequencies ha Zoom bubbles of the smallest and intermediate sizes — fi, fj, and at a frequency f4 are no less than two times smaller than the frequency fi. The radiation intensity of each transducer is changed and the values of acoustic pressure p2 are measured at the time of cavitation on the calibration scale. , РЗ, Р4. By which determine the number of gas bubbles of the largest, smallest and intermediate sizes, as well as the concentration of free gas in the well fluid.

Предлагаемые способ и устройство дл  акустического каротажа позвол ют определ ть газовый фактор в скважине в процессе непре-рыв ого каротажа и повысить эффективность исследований.The proposed method and device for acoustic logging allows determining the gas factor in the well in the course of continuous logging and increases the efficiency of research.

Claims (2)

1.Способ акустического каротажа, включаюидий возбуждение на нескольких частотах1. Acoustic logging method, including excitation at several frequencies и регистрацию упругих колебаний в скважине, отличающийс  тем, что, с целью измерени  газового фактора жидкости в скважинных услови х в процессе непрерывного каротажа , в каждой точке измерений возбуждают колебани  поочередно на четырех частотах, одна из которьк в два или более раз Меньше резонансной частоты соЙсТветых колебаний газовых Пузырьков наибольщих размеров, а другие - соответствуют резонанснь1м частотам собственных колебаний пузырьков наибольших, наименьших и промежуточных размеров, измен ют интенсивность колебаний, определ ют величину акустического давлени , при котором образуетс  кавитаци , и по количеству и ра мерам газовых пузырьков и концентрации свободного газа определ ют газовый фактор скважинной жидкости.and registering elastic oscillations in the well, characterized in that, in order to measure the gas factor of the fluid in borehole conditions during continuous logging, oscillations are alternately excited at four frequencies, one of which is two or more times Less than the resonant frequency of oscillations of gas bubbles of the largest sizes, while others correspond to the resonant frequencies of natural oscillations of bubbles of the largest, smallest and intermediate sizes, change the intensity of oscillations, The amount of acoustic pressure at which cavitation is formed is determined, and the gas factor of the well fluid is determined from the number and size of gas bubbles and the concentration of free gas. 2.Устройство дл  его осуществлени  по п. 1, включающее скважинный прибор, содержащий электроакустические излучатели, прием2. A device for its implementation according to claim 1, comprising a downhole tool containing electroacoustic emitters, receiving