Спосіб контролю перфораційного вибуху у свердловині

1 Спосіб контролю перфораційного вибуху у свердловині шляхом прийому акустичного сигналу, що збуджується детонацією перфораційних зарядів і приходить по буровій рідині на устя свердловини, заглибленим акустичним датчиком у заданому часовому ВІКНІ за імпульсом підпалу вибухової машинки, причому параметри прийнятого акустичного сигналу за відомим алгоритмом порівнюють з параметрами розрахункового сигналу, одержаного з урахуванням глибини очікуваного перфораційного вибуху, внутрішнього діаметра колони на ДІЛЯНЦІ перфорації, передбачуваної КІ Винахід відноситься до області геофізичного дослідження свердловин і, зокрема, призначений для фіксації перфораційного вибуху, визначення його повноти та зкспрес-оцінки результатів вибуху щодо розкриття проникного пласту і фільтраційних властивостей призабійної зони Відомий спосіб контролю перфораційного вибуху [1] шляхом прийому на вусті свердловини за допомогою акустичного датчика, встановленого безпосередньо на торці обсадної колони, акустичного сигналу, що збуджується детонацією перфораційних зарядів і розповсюджується по колоні обсаднихтруб Після підсилення, фільтрації, детектування та інтегрування сигнал порівнюється з пороговим рівнем шумів у точці прийому Перевищення акустичним сигналом порогового рівня призводить до спрацьовування порогового пристрою і вмикання індикатора, що ідентифікується з наявністю перфораційного вибуху Недолік вказаного способу та виконаного на ЛЬКОСТІ зарядів і типу вибухової речовини, за ступенем відхилення параметрів прийнятого акустичного сигналу від розрахункового виносять рішення про факт перфораційного вибуху і його повноту, а для документування прострільних робіт первинний акустичний сигнал з імпульсом підпалу записують на носій інформації, який відрізняється тим, що додатково перед початком прострільних робіт і після їх закінчення підривом одиночних перфораційних вибухових патронів на глибині нижче продуктивного пласта, що розкривається, збуджують два реперних акустичних сигнали, перший із яких використовують для нормування амплітуди наступних акустичних сигналів, що збуджуються перфораційними вибухами, а по ступеню затухання другого реперного акустичного сигналу відносно першого виносять рішення про факт розкриття проникного пласта з оцінкою фільтраційних властивостей призабійної зони 2 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що при розщепленні першого реперного акустичного сигналу повторний реперний акустичний сигнал в КІНЦІ прострільних робіт не збуджують його основі пристрою полягає у наступному Як відомо, колона бурильних труб є каналом зв'язку з характеристикою смугового фільтру, частотний діапазон котрого знаходиться в інтервалі 6-12кГц Такі високі частоти при розповсюдженні на відстань 3-5км зазнають значного затухання, обумовленого не тільки матеріалом труб та замковими з'єднаннями, але і втратами за рахунок перевипромінювання акустичного поля в породу У зв'язку з цим спостерігаються варіації величини затухання в залежності від порід, що перетинаються свердловиною, і від ступеня зв'язку обсадної колони з оточуючим середовищем У більшості випадків рівень сигналу виявляється недостатнім Підвищення чутливості не призводить до бажаних результатів, оскільки одночасно знижується завадозахищеність Короткі удари по металічних конструкціях бурової збуджують цуги хвиль, частотний спектр котрих співпадає зі вказаним діапазоном Відмічені причини створюють умови пропуску о ю 00 ю 57875 перфораційного вибуху або його хибну фіксацію, коли насправді детонації не відбулося Відомий спосіб та пристрій принципово не дозволяє робити висновок про повноту перфораційного вибуху Як вже відмічалося, частотний спектр сигналу формується частотною характеристикою каналу зв'язку (колони бурильних труб) і через це частотна ознака не є інформаційною Оскільки величина затухання сигналу суттєво залежить від пружних параметрів порід, що оточують свердловину, від зв'язку колони з породами та інших факторів, то половинне неспрацювання детонуючих зарядів чинить на амплітуду сигналу менший вплив, ніж сукупність вищевказаних умов Каротажний фото реєстратор при використанні відомого пристрою фіксує лише спрацьовування порогового пристрою, а не сам сигнал (стандартний каротажний фото реєстратор не може забезпечити реєстрацію настільки високих частот) Отримані діаграми мають малу інформативність У якості прототипу обраний спосіб контролю перфораційного вибуху у свердловині (технічна реалізація котрого дається у відомому пристрої [2]) Спосіб реалізується шляхом прийому акустичного сигналу, що збуджується детонацією перфораційних зарядів і приходить по буровій рідині до вустя свердловини Сигнал приймається заглибленим акустичним датчиком, інформаційна складова сприймається в заданому часовому ВІКНІ, синхронізованому по імпульсу підпалу вибухової машинки Параметри прийнятого акустичного сигналу порівнюються з параметрами розрахункового сигналу, отриманого з урахуванням глибини очікуваного перфораційного вибуху, внутрішнього діаметру колони на ДІЛЯНЦІ перфорації і передбачуваної КІЛЬКОСТІ зарядів, у двох переналагоджуваних по частоті паралельних каналах, динамічний діапазон яких відповідає максимальній амплітуді акустичного сигналу В одному із каналів смуга пропускання сполучена з частотною характеристикою розрахункового сигналу, а в другому суміжна і зміщена, по відношенню до першого, в область більш високих частот По перевищенню вихідної напруги одного з каналів відносно іншого виноситься рішення про факт перфораційного вибуху та його повноту, при цьому первинний сигнал з імпульсом підпалу для документування реєструється каротажним фотореєстратором Реалізація вказаного способу здійснена у "Пристрої контролю перфораційного вибуху у свердловині" [2], що містить перетворювач пружних коливань, з'єднаний з послідовно ввімкненими підсилювачем, першим фільтром, першим детектором та першим інтегратором, пороговий елемент, з'єднаний зі звуковим та першим світловим індикаторами і каротажний реєстратор, і відрізняється тим, що, з метою підвищення надійності, він забезпечений двома узгоджуючими блоками, елементом порівняння, двома часовими селекторами, інвертуючим блоком, формувачем, очікуючим мультивібратором, тригером дозволу, тональним генератором звукових частот, модулятором, другим фільтром і другим детектором, інтегратором, другим та третім світловими індикаторами Перетворювач пружних коливань виконаний у вигляді гідрофона з можливістю встановлення у буровій рідині свердловини Перший та другий фільтри виконані, як такі, що перебудовуються, з суміжними смугами частот, одна з котрих вища за іншу При цьому вихід підсилювача з'єднаний зі входами другого фільтра та модулятора, виходи інтеграторів з'єднані з двома входами елемента порівняння, вихід котрого одночасно під'єднаний до першого часового селектора та інвертуючого блока, а вихід інвертуючого блока з'єднаний зі входом другого часового селектора На другі входи обох часових селекторів підключений вихід тригера дозволу, вхід котрого з'єднаний з виходом формувача Вихід формувача з'єднаний зі входом очікуючого мультивібратора, вихід котрого підключений на вхід встановлення тригера дозволу Входи двох узгоджуючих блоків ВІДПОВІДНО з'єднані з виходами двох фільтрів і одночасно з виходом формувача Виходи узгоджуючих блоків подімкнені до каротажного фото реєстратора, запускаючий вхід тонального генератора звукових частот підключений до виходу формувача, а вихід тонального генератора звукових частот з'єднаний з модулятором, вихід котрого підімкнено до звукового індикатора На Фіг 1 приводиться структурна схема відомого пристрою Пристрій має гідрофон 1, підсилювач 2, перший переналагоджуваний фільтр 3, перший детектор 4, перший інтегратор 5, узгоджуючи каскади 6 і 7, фото реєстратор 8, другий переналагоджуваний фільтр 9, другий детектор 10, другий інтегратор 11, схему порівняння 12, колектор каротажного підйомника 13, перший часовий селектор 14, інвертуючий каскад 15, формувач 16, перший світловий індикатор 17, другий часовий селектор 18, очікуючий мультивібратор 19, тригер дозволу 20, другий світловий індикатор 21, третій світловий індикатор 22, тональний генератор звукових частот 23, модулятор 24 та звуковий індикатор 25 Гідрофон 1 підімкнений до підсилювача 2, вихід котрого під'єднаний до переналагоджуваних фільтрів 3 і 9 Виходи фільтрів підключені на входи двох детекторів 4 і 10 та одночасно через узгоджуючи каскади 6 і 7 з'єднані з фото реєстратором 8 Виходи двох детекторів 4 і 10 підключені на входи двох інтеграторів 5 і 11, а їх виходи з'єднані з двома входами порівнюючого пристрою 12 Вихід порівнюючого пристрою 12 підключений на перший часовий селектор 14 і одночасно через інвертуючий каскад 15 на другий часовий селектор 18 Кожен із часових селекторів поєднаний з індикаторами 17 і 22 ВІДПОВІДНО Формувач 16 з'єднаний з колектором 13, вихід котрого одночасно підключений на входи узгоджуючих каскадів 6 і 7, на входи очікуючого мультивібратора 19 і тригера дозволу 20 Вихід очікуючого мультивібратора 19 під'єднаний до установочного входу тригера дозволу 20, а вихід тригера дозволу підключений на другі входи часових селекторів 14 і 18 Запускаючий вхід тонального генератора звукових частот 23 підключений до виходу формувача 16, а вихід тонального генератора звукових частот під'єднаний до модулятора 24, вихід котрого підключений до звукового індикатора 25 Пристрій працює таким чином Імпульс підпалу від вибухової машинки через колектор каротажного підйомника 13 подається на 57875 електродетонатор перфораційних зарядів, відбувається вибух Низькочастотне акустичне поле, що збуджується пульсаціями газового пузиря, розповсюджуючись по буровій рідині свердловини, через деякий час досягає гідрофона 1 Одночасно імпульс підпалу від колектора 13 потрапляє на високоомний вхід формувача 16 Сформований стандартний імпульс з виходу формувача подається на входи очікуючого мультивібратора 19 і тригера дозволу 20 При перекиданні тригера дозволу знімається блокуюча напруга з часових селекторів 14 і 18 та одночасно вмикається лампочка світлового індикатора 21, що сигналізує про проходження імпульсу підпалу Сигнал від гідрофона 1 підсилюється в підсилювачі 2 і подається на переналагоджувані фільтри 3 і 9 їх параметри і, отже, частотні смуги встановлюються в залежності від діаметра свердловини, КІЛЬКОСТІ перфораційних зарядів і глибини їх закладення При цьому перший із смугових фільтрів 3 налагоджений на частоти, ВІДПОВІДНІ параметрам очікуваного вибуху, а переналагоджуваний фільтр 9 має частотную смугу, зміщену відносно першого в бік високих частот Якщо відбувся вибух (повна детонація всіх зарядів), то акустичний сигнал без послаблення пройде через переналагоджуваний фільтр 3, продетектується на детекторі 4 і після інтегратора 5 напруга огинаючої сигналу потрапляє на схему порівняння 12 Через те, що смуга пропускання переналагоджуваного фільтра 9 зміщена, то той же сигнал на його виході буде послаблений і після проходження аналогічних пристроїв - детектора 10, інтегратора 11 - амплітуда напруги, що подається на другий вхід схеми порівняння 12, буде меншою, ніж на першому При цьому полярність вихідного сигнала схеми порівняння 12 виявляється такою, що спрацює перший часовий селектор 14 (при умові перевищення сигналом порогового рівня на протязі 10 -15 с) Після спрацювання часового селектора 14 спрацює світловий індикатор 17 і загориться лампочка, яка сигналізує, що відбувся повний вибух При детонації не всіх зарядів більшим по амплітуді виявиться сигнал на виході переналагоджуваного фільтра 9, на виході схеми порівняння 12 з'явиться сигнал з напругою іншої полярності Перший часовий селектор 14 по цій причині не спрацює, але завдяки інвертуючому каскаду 15 полярність сигналу виявиться потрібною для спрацьовування другого часового селектора 18 Загориться лампочка індикатора 22, що сигналізує про неповний вибух Якщо жодний із вказаних двох індикаторів не спрацював, то можна стверджувати, що вибух не відбувся Одночасно сигналом від формувача 16 запускається тональний генератор звукових частот 23, під'єднаний до модулятора 24 Через те, що управляючий вхід модулятора під'єднаний до виходу підсилювача 2, то під дією змінної напруги акустичного сигналу відбувається модуляція тонального сигналу, що і буде відмічено звуковим індикатором 25 Переваги існуючого способу а) приймається акустичний сигнал, що розповсюджується по буровій рідині Його відмітна особливість - низькочастотний спектр, мале затухання і значна протяжність у часі Все це забезпечує впевнене виділення сигналу на фоні перешкод Підвищення завадозахисту досягається і тим, що вимірювання починається тільки після появи імпульсу підпалу від вибухової машинки з використанням часової селекції в інтервалі часового вікна з тривалістю, що дорівнює тривалості акустичного сигналу Вказані операції підвищують завадозахист, а отже і надійність ідентификацм перфораційного вибуху, б) по ЗМІНІ спектрального складу прийнятого сигналу в залежності від глибини, діаметру колони і КІЛЬКОСТІ зарядів, що вибухнули, за допомогою вказаних операцій можна визначити повноту вибуху, що розширює функціональні можливості запропонованого способу у порівнянні з раніш описаним, в) діаграми, отримані при запису акустичного сигналу з імпульсом підпалу, дають можливість документувати перфораційні роботи, що проводяться При цьому запис акустичного сигналу, що збуджується детонацією зарядів, по амплітуді, частоті і тривалості суттєво відрізняється від шумових завад і може надійно підтверджувати факт вибуху, а часовий проміжок між імпульсом підпалу і приходом першого вступу акустичного сигналу дозволяє оцінити глибину вибуху і тим самим встановити можливі промахи під час проведення прострілочних робіт Слід зазначити, реєстрація імпульсу підпалу дозволяє контролювати справність вибухової машинки і тим самим виключити непотрібні спуско-підйомні операції Незважаючи на переваги вказаного способу, слід ВІДМІТИТИ і ряд його суттєвих недоліків, що знижує технічні можливості способу і відомого пристрою [2] Якщо фіксація факту перфораційного вибуху досягається з високою достовірністю, то визначення повноти вибуху (КІЛЬКОСТІ зарядів, що здетонували) пов'язане з нездоланними труднощами Це викликано з одного боку відсутністю інформації про затухання акустичного сигналу при розповсюдженні його від місця вибуху до вустя свердловини, а з другого - грубе сполучення каналів з параметрами очікуваного і реального акустичного сигналу Висновок про повноту вибуху спирається на частотну ознаку Частота пропускання одного з каналів вибирається із умови детонації всіх зарядів перфоратора, а смуга другого зміщується в область високих частот, при цьому верхня гранична частота першого співпадає з нижньою граничною частотою другого При неповному вибуху визначити точну КІЛЬКІСТЬ зарядів, що здетонували, принципово неможливо Крім того, у випадку половинного спрацьовування перфоратора амплітуда вихідних сигналів першого і другого каналів виявиться близькою одна до другої і вирішальний вплив на оцінку повноти вибуху може справити випадкова завада Таким чином контроль перфораційного вибуху в свердловині по вказаному способу включає вирішення двох задач - впевнене встановлення факту спрацьовування перфоратора і наближена оцінка повноти вибуху Однак слід ВІДМІТИТИ, ЩО визначальною задачею при проведенні прострілочних робіт є не тільки фіксація факту перфораційного вибуху, але й оцінка його результатів - коне 57875 татація відсутності гідродинамічного звязку свердловина - пласт" або встановлення фаісгу розкриття проникного пласту при штатному спрацюванні перфоратора, з однозначним визначенням фільтраційних властивостей призабійної зони Очевидно, вищеописаний спосіб не зможе повністю вирішити вказану задачу Метою винаходу є підвищення надійності і розширення функціональних можливостей Поставлена ціль досягається завдяки тому, що у відомому способі контролю перфораційного вибуху у свердловині шляхом прийому акустичного сигналу, який збуджується детонацією перфораційних зарядів і приходить по буровій рідині на вустя свердловини, сигнал приймається заглибленим акустичним датчиком в заданому часовому ВІКНІ по імпульсу підпалу вибухової машинки Параметри прийнятого акустичного сигналу по відомому алгоритму порівнюються з параметрами розрахункового сигналу, отриманого з урахуванням глибини очікуваного перфораційного вибуху, внутрішнього діаметру колони на ДІЛЯНЦІ перфорації, передбачуваної КІЛЬКОСТІ зарядів і типу ВР По ступеню відхилення параметрів прийнятого акустичного сигналу від розрахункового виноситься рішення про факт перфораційного вибуху і його повноту Для документування прострілочних робіт первинний акустичний сигнал з імпульсом підпалу записується на носій інформації Крім того, додатково перед початком прострілочних робіт і після їх закінчення збуджують підривом одиночних перфораційних вибухових патронів на глибині нижче продуктивного пласта, що розкривається, два реперних акустичних сигнали Перший із них використовується для нормування амплітуди наступних акустичних сигналів, що збуджуються перфораційними вибухами, а по ступеню затухання другого реперного акустичного сигналу відносно першого виносять рішення про факт розкриття проникного пласта, з оцінкою фільтраційних властивостей призабійної зони При цьому, при розщепленні першого реперного акустичного сигналу, повторний реперний акустичний сигнал в КІНЦІ прострілочних робіт не збуджується Ознаками запропонованого способу, ВІДМІННИМИ ВІД прототипу, є додаткові операції - збуджується реперний акустичний сигнал підривом одиночного перфораційного заряду, - підрив одиночного перфораційного заряду відбувається нижче продуктивного пласта, що розкривається, - збудження реперного акустичного сигналу здійснюється ДВІЧІ, перед початком прострілочних робіт і після їх закінчення, - перший реперний акустичний сигнал використовується для нормування амплітуди наступних акустичних сигналів, що збуджуються перфораційними вибухами, по ступеню затухання другого реперного акустичного сигналу відносно першого виносять рішення про факт розкриття проникного пласта з оцінкою фільтраційних властивостей призабійної зони, при розщепленні першого реперного акустичного сигналу повторний реперний акустичний сигнал в КІНЦІ прострілочних робіт не збуджується 8 Для ілюстрації наведено графічні матеріали - на Фіг 1 наведена структурна схема відомого пристрою, - на Фіг 2 представлений результат експерименту на ПОЛІГОНІ ПЕГДС, - на Фіг 3 показані фотографії акустичних сигналів, зареєстрованих під час проведення прострілочних робіт, - на Фіг 4 представлена структурна схема "Пристрою контролю перфораційного вибуху" Суть запропонованого способу полягає у використанні додаткових операцій, котрі разом з відомими забезпечують досягнення нового позитивного ефекту Як уже відмічалось раніше, відомий спосіб і його технічна реалізація забезпечують впевнене встановлення факту перфораційного вибуху і дають досить приблизну оцінку його повноти Оскільки використовується частотна ознака ідентифікації числа здетонованих зарядів, то перекриття частот акустичних сигналів, що спостерігається, при близькому числі зарядів не дозволяє встановити їх чисельне значення У вказаному пристрої динамічний діапазон тракту вибирається із умов неспотвореного прийому максимально можливої амплітуди акустичного сигналу (при одночасній детонації найбільшої КІЛЬКОСТІ зарядів у перфораторній збірці) В цілому, амплітудні характеристики прийнятих акустичних сигналів не використовуються з причини відсутності можливості їх нормування по КІЛЬКОСТІ здетонованих зарядів, з урахуванням затухання сигналів на шляху розповсюдження від ділянки вибуху до точки прийому Додаткові операції, вказані в запропонованому способі, а саме - збудження реперного акустичного сигналу перед початком прострілочних робіт шляхом підриву одиночного перфораційного вибухового патрона і його прийом на вусті свердловини, - забезпечують нормування амплітуди наступних акустичних сигналів, що збуджуються перфораційними вибухами, з урахуванням їх затухання на шляху розповсюдження (амплітуди кожного акустичного сигналу вимірються при одних і тих же умовах) Враховуючи, що амплітуда акустичного сигналу пропорційна його енергії, а енергія сигналу в свою чергу пропорційна енергії здетонованих зарядів, то при виміряному значенні амплітуди реперного акустичного сигналу (що відповідає підриву одиночного вибухового патрона) шляхом нормування можна визначити число здетонованих зарядів при спрацьовуванні перфоратора Очевидно, що одночасне використання амплітудних характеристик прийнятих акустичних сигналів, нарівні з частотними, дозволить більш надійно визначити параметри перфораційного вибуху Друга частина задачі - оцінка результатів прострілочних робіт по розкриттю продуктивного пласта - забезпечується іншими додатковими операціями, викладеними у заявленому способі - збудження реперного акустичного сигналу відбувається ДВІЧІ - перед початком прострілочних робіт і після їх завершення, - по ступеню затухання другого реперного акустичного сигналу відносно першого виносять рішення про факт розкриття проникного пласту, з оцінкою фільтраційних властивостей призабійної 57875 зони Можливість вирішення поставленої задачі вказаними операціями підтверджується наступним Обсадна колона, заповнена рідиною, є хвильовим каналом для розповсюдження низькочастотної трубної хвилі (хвиля Лемба), котра являє собою канальну хвилю поршневого типу, яка розповсюджується у стовпі рідини, що заповнює свердловину, із швидкістю Ст, завжди меншою, ніж швидкість розповсюдження пружних коливань в необмеженому середовищі, тобто СтCo, де Vs - швидкість поперечної хвилі в оточуючому масиві породи, то розповсюдження трубної хвилі вздовж осі свердловини відбувається без перевипромінювання пружної енергії в оточуючий простір У випадку низькошвид кісного розрізу (Vs