Акустична шумометрія

Метод шумометрії заснований на вивченні розподілу за глибиною свердловини інтенсивності “природних” механічних коливань середовищ, які супроводжують різні технологічні процеси, у тому числі переміщення рідини і газу по пласту, заколонному просторі і т.п.

Джерелом шуму під час руху газу або рідини є турбулентність їх потоків. Інтервалами з найбільш розвинутою турбулентністю потоків є місця сполучення свердловини з пластом. В структурі турбулентності струменю рідини виділяють дві його складові – поздовжню (акустичну) і поперечну вихрову. Акустична енергія турбулентності струменю передається у зовнішнє середовище, неакустична (вихрева) – швидко загасає з відстанню. Інтенсивність (потужність) шуму пропорційна швидкості турбулентного руху флюїду (середньої швидкості V окремих елементарних об’ємів середовища). Частота коливань f_n середовища, при якій спостерігається максимум спектра шуму, пропорційна V².

Оскільки ефект, що реєструється, пов’язаний з акустичною складовою турбулентності струменю, то шум виникає при тих же числах Рейнольда (R_e), при яких появляється турбулентність струменю в круглій гладкій трубі при R_e=3×10³, а в міжтрубному просторі (за насосно-компресорними трубками) при R_e=2,3×10².

При проведенні методу шумометрії вимірюють потужність (або амплітуду) шуму S_і в окремих спектральних інтервалах або сумарну потужність S по діапазону спектра. Оскільки залежність S від швидкості руху потоку V_стр ступенева (S=Vⁿ_стр), то має місце лінійний зв’язок між lgS і V_стр, а тому прийнято реєструвати амплітуду шуму в lgS. Це забезпечує пряму пропорційність площини аномалії lgS і дебіту, який одержують із цього інтегралу.

Характер припливу рідини (одно- або двофазної) впливає на форму спектру шуму.

Шуми в діапазоні 10-100 Гц обумовлені вихровими рухами флюїдів у потоці, які утворюються за рахунок зміни напрямку руху пласт – свердловина. В цей же частотний інтервал попадає основна частина коливань, пов’язаних з роботою геофізичного підйомника, а тому цей діапазон не має практичного значення.

Для частоти максимуму спектра відома формула f_max»V/l – кінематична в’язкість; l – характеристичний масштаб турбулентності струменю. Наближені значення кінематичної в’язкості води і газу при тисках рівних або вище n×10 МПа, призводять до наближення розміщення максимумів спектрів шумів при двофазній течії води і газу. Максимум рівня шуму напроти пластів з однорідним припливом флюїду (газ або вода) знаходиться, як правило, в інтервалі 1000-2000 Гц. Спектри шумів при двофазній течії флюїдів (вода, газ) розділяють на три види течії флюїдів: емульсійне, слабе проточне і сильне проточне.

Перша течія проходить з утворенням низки пухирців і характеризується піком спектра в діапазоні частот 300-600 Гц. У випадку слабкої проточної течії амплітуда шуму після 200 Гц у цілому зменшується, але спостерігаються невеликі піки, які відповідають пікам емульсійного режиму. Для сильного проточного режиму характерні максимуми амплітуд шуму при f=200 Гц.

Таким чином, двофазні течії у цілому характеризуються максимумом шуму в інтервалі 600 Гц. У межах 1000 Гц спектри двофазного і однофазного струменів близькі один до одного.

Чутливим елементом апаратури для акустичної шумометрії є п’єзоелектричний перетворювач (гідрофон), який розташовується в окремому модулі збірки “притоку-складу” або поєднується з одним з приймачів акустичної цементометрії. В останньому випадку вимірювання проводять окремою спуско-підйомною операцією при вимкненому випромінювачі.

Акустичний шумомір є індикаторним приладом і не підлягає суворому калібруванню. Його дані не придатні для кількісних визначень.

Програмне забезпечення шумоміра дозволяє вимірювати інтенсивності шумів не менше ніж в чотирьох частотних діапазонах в смузі від 100 Гц до 6 кГц.

Вимірювання акустичним шумоміром виконують двічі: в безперервному режимі і в точках, в яких встановлена аномальна інтенсивність шумів.

Безперервні вимірювання проводять кілька разів при спуску і підйомі приладу. Дані використовують для виділення інтервалів надходження флюїду в свердловину і його циркуляції в заколонному просторі.

Дискретні (точкові) вимірювання виконують протягом 2-3 хвилин на точці, що характеризуються аномальною інтенсивністю шумів. Точкові вимірювання проводять не менше ніж в чотирьох частотних (спектральних) діапазонах. Дані точкових спостережень використовують для ідентифікації типу флюїду.

Таким чином, акустична шумометрія застосовується для:

- виділення інтервалів притоку в свердловину газу або рідини;

- виділення інтервалів заколонних (затрубних) перетікань газу;

- виявлення складу флюїдів, що поступають з пласта.

- здійснювати діагностику стану стовбура свердловини (цементного каменю, обсадної колони).

Обмеження широкого застосування шумометрії у виробництві обумовлені:

- впливом шуму рухомого приладу;

- впливом швидкості потоку, діаметру перфораційних каналів, в'язкості флюїду та складністю інтерпретації отриманих даних.

Барометрія

Базується на вивченні поведінки тиску або градієнта тиску по стовбурі свердловини або в часі.

Застосовують барометрію для визначення абсолютних значень забійного і пластового тиску, оцінки депресії (репресії) на пласти, визначення гідростатичного градієнта тиску, а також густини і складу нерухомої суміші флюїдів по значеннях гідростатичного тиску, оцінки густини і складу рухомої суміші флюїдів.

Вимірювання виконують глибинними манометрами, які поділяються на такі, що вимірюють абсолютний тиск і диференціальні. Манометри у свою чергу поділяють також на манометри з автономною реєстрацією, які опускають в свердловину і залишають в заданому інтервалі на деякий час, і дистанційні, які працюють на геофізичному кабелі з наземним пультом.

Перетворювачі тиску можуть бути:

- п’єзокристалічні (кварцові, сапфірові);

- струнні і мембранні.

Вимірювання абсолютного тиску і їх змін проводять трьома способами:

- реєструючи зміну тиску у функції часу на фіксованих точках глибини;

- реєструючи стаціонарне поле тиску по стовбурі свердловини як функцію глибини;

- реєструючи нестаціонарне поле тиску по стовбурі як функцію глибини і часу.

Реєстрацію зміни тиску як функцію часу проводять при флуктуаційних вимірюваннях або при гідродинамічних дослідженнях пластів. Для цього прилад встановлюють напроти крівлі або дещо вище ніж випробовуваний об’єкт.

При реєстрації розподілу тиску як функцію глибини, основним інформаційним параметром є вертикальний градієнт тиску:

ΔP/ΔH cosі, (8.2)

де ΔP – зміна тиску на одиницю глибини свердловини ΔH; і – кут нахилу свердловини.

Диференціальні манометри застосовують для вимірювання різниці гідростатичного тиску на базі, що дорівнює 1 м. Його дані застосовуються для кількісних визначень густини флюїду в стовбурі простоюючої свердловини.

Обмеження широкого впровадження барометрії обумовлені впливом на покази манометрів нестаціонарних процесів в свердловині, температури середовища, структури газорідинного потоку.

Контрольні запитання

1. В чому фізична суть методу припливометрії та задачі, що вирішуються за її допомогою?

2. Що таке дебітометрія свердловин та задачі, що вирішуються за її допомогою?

3. Які методи, що використовуються при визначенні складу флюїдів у стовбурі свердловини?

4. В чому фізична суть, методика проведення та задачі механічної витратометрії?

5. Сформулюйте фізичну суть, методику проведення та задачі нахилометрії?

Які методи використовують для встановлення притоку води до свердловини