Устройство для измерения в скважине геоакустических сигналов

Авторы патента:

Астраханцев Юрий Геннадьевич (RU)

Белоглазова Надежда Анатольевна (RU)

Троянов Александр Кузьмич (RU)

G01V2210/1429 - Геофизика; гравитационные измерения; обнаружение скрытых масс или объектов; кабельные наконечники (обнаружение или определение местоположения инородных тел для целей диагностики, хирургии или опознавания личности A61B; средства для обнаружения местонахождения людей, засыпанных, например, снежной лавиной A63B 29/02; измерение химических или физических свойств материалов геологических образований G01N; измерение электрических или магнитных переменных величин вообще, кроме измерения направления или величины магнитного поля Земли G01R; устройства, использующие магнитный резонанс вообще G01R 33/20)

G01V1/40 - сейсмический каротаж

Владельцы патента RU 2668654:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геофизики им. Ю.П. Булашевича Уральского отделения Российской академии наук (ИГФ УрО РАН) (RU)

Изобретение относится к области геофизики и предназначено для измерения трех составляющих вектора вибрации среды, обусловленного движением нефти, газа, воды, трещинообразованием и другими причинами. Устройство также предназначено для определения направления плоскости нахождения источников геоакустических сигналов. Заявленное устройство содержит три взаимоортогональных датчика геоакустических сигналов первый, второй и третий коммутаторы, аналого-цифровой преобразователь, блок передачи, три гравитационных преобразователя, три усилителя с высоким входным сопротивлением и компенсатором входного напряжения, два датчика температуры, блок полосовых фильтров, блок управления и блок питания, генератор гармоник калибровки. Технический результат - повышение точности и информативности исследований. 1 ил.

Устройство относится к геофизике и применяется для исследования нефтегазовых и параметрических скважин путем изучения характеристик естественных геоакустических сигналов (ГАС) в диапазоне частот 0,1-5,0 кГц, отражающих особенности геодинамики и процессов флюидогазодинамики в объеме геологической среды скважины. Целью таких измерений является определение местоположения в стволе скважины и околоскважинном пространстве тектонических нарушений, зон ослабленных пород, выявления движения флюидов, таких как вода, нефть и газ, в поровом пространстве.

Использование геоакустических датчиков с относительными коэффициентами поперечного преобразования не более 6% позволяет уверенно разделять сигналы по направлениям в пространстве путем их сравнения по амплитудам в разных полосах частот. Измеряемыми параметрами являются геоакустические сигналы ГАС, регистрируемые тремя датчиками в трех частотных диапазонах: 100÷500 (1), 500÷5000 (2) и 2500÷5000 (4) Гц. Сигналы, поступающие с 2-х горизонтальных датчиков, программным способом преобразуются в модуль горизонтальной составляющей вектора геоакустического сигнала. По амплитудным уровням ГАС разных частотных диапазонов можно провести разделение источников, генерирующих эти сигналы: процессы интенсивного трещинообразования в геологической среде, движение флюидов в пластах-коллекторах, затрубные перетоки и т.п. Так, в толще водонасыщенных осадочных пород уровень ГАС ограничивается первым частотным диапазоном до 500 Гц, проявление сигналов в диапазоне частот 500-1500 Гц связано с движением нефтенасыщенных флюидов, сигналы на частоте выше 2500 Гц связаны, как правило, с интенсивным газовыделением. По амплитудному уровню горизонтальной и вертикальной составляющих вектора ГАС, можно сделать заключение о том, в какой плоскости происходит движение.

Для того чтобы определить направление на источник, генерирующий измеряемые сигналы, представляемое устройство дополнено тремя гравитационными датчиками - акселерометрами (X_g, Y_g, Z_g), которые измеряют проекции ускорения силы тяжести на свои оси чувствительности. Акселерометры установлены в корпусе скважинного прибора таким образом, что их оси чувствительности совпадают по направлению соответственно с осями чувствительности датчиков геоакустических сигналов.

Известно устройство [1], содержащее расположенный в скважинном приборе датчик вибрации (пьезодатчик), усилитель и наземный пульт. Недостатком этого устройства является то, что оно не может измерять три компоненты вектора вибрации и определять направление на источник вибрации.

Известно устройство [2], содержащее в скважинном приборе три взаимоортогональных датчика геоакустических сигналов, коммутаторы, частотный модулятор. К недостаткам прибора относится то, что он не может определить направление на источник геоакустических сигналов.

Наиболее близким техническим решением является устройство [3], содержащее в скважинном приборе три взаимоортогональных датчика геоакустических сигналов, коммутаторы, усилитель сигналов, блок фильтров, аналого-цифровой преобразователь, два гравитационных преобразователя. К недостаткам следует отнести то, что значение зенитного угла, вычисляемое из амплитуд гравитационных датчиков, установленных перпендикулярно оси скважинного прибора, производится с большой ошибкой.

Устройство для измерения в скважине геоакустических сигналов, содержащее три взаимоортогональных датчика геоакустических сигналов, первый коммутатор, усилитель, блок фильтров, выпрямитель, третий коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, блок передачи, блок питания, блок управления, два гравитационных преобразователя, отличается тем, что в него дополнительно введен гравитационный преобразователь, ось чувствительности которого направлена по оси скважинного прибора, три усилителя с высоким входным сопротивлением и компенсатором входного напряжения, второй коммутатор, входы которого подключены к выходам блока полосовых фильтров, а выход - к входу выпрямителя, датчик внутренней температуры скважинного прибора, подсоединенный к входу третьего коммутатора, генератор гармоник калибровки, выход которого подключен к входу первого калибратора.

На чертеже изображена функциональная схема устройства, состоящая:

1, 2, 3 - гравитационные преобразователи,

4, 5, 6 - усилители с высоким входным сопротивлением и компенсатором входного напряжения,

7, 8, 9 - датчики геоакустических сигналов,

10 - первый коммутатор,

11 - усилитель геоакустических сигналов,

12 - блок полосовых фильтров,

13 - второй коммутатор,

14 - выпрямитель геоакустических сигналов,

15 - третий коммутатор,

16 - аналого-цифровой преобразователь,

17 - блок передачи,

18 - датчик для измерения температуры бурового раствора,

19 - датчик для измерения внутренней температуры в скважинном приборе,

20 - блок питания,

21 - блок управления,

22 - генератор гармоник калибровки,

23 - одножильный каротажный кабель.

Устройство работает следующим образом. Цикл работы состоит из пятнадцати тактов. Первый такт работы устройства является паузой в передаче информации блоком 17, что позволяет синхронизировать последовательность тактов, следующих за паузой. Во второй, третий и четвертый такты выходные напряжения блоков 4, 5, 6 подаются на входы третьего коммутатора 15 и далее на АЦП 16 и блок передачи 17. Напряжения, подаваемые на вход блока 15 в каждый такт (второй, третий, четвертый…):

где K_X, K_Y, K_Z - коэффициенты преобразования акселерометров;

ϕ - зенитный угол скважины;

U_K1, U_K2, U_K3 - напряжение компенсации входного напряжения;

α - угол поворота оси чувствительности акселерометров X_g (2) и Y_g (3) относительно плоскости наклона скважины.

При равенстве коэффициентов K_X, K_Y, а также К₁, К₂

Ориентация акселерометров относительно магнитного азимута (азимут акселерометров и датчиков геоакустических сигналов)

А_а=А_скв+α,

где А_скв - магнитный азимут скважины, определяемый по инклинометрическим измерениям в процессе бурения.

Геоакустические сигналы с датчиков 7, 8, 9 поступают на первый коммутатор 10 и далее на усилитель 11, блок полосовых фильтров 12, второй коммутатор 13, выпрямитель 14 и вход коммутатора 15. С выхода коммутатора 15 сигналы поступают на АЦП (16) и далее на блок передачи 17. Азимут плоскости направления на источник геоакустических сигналов:

А_п=А_а±β,

где

где X_g - амплитуда геоакустического сигнала датчика 8 на определенной частоте,

Y_g - амплитуда геоакустического сигнала датчика 9 на определенной частоте.

А_п является существенной информацией вдобавок к измерениям составляющих ГАС.

Применяемые в устройстве гравитационные акселерометры (1, 2, 3), например ADXL203, обладают малой нагрузочной способностью. Кроме того, при напряжении питания +5 В нулевой уровень сигнала на их выходе будет +2,5 В. Чтобы произвести усиление выходного сигнала акселерометров (1, 2, 3), требуется компенсация напряжения +2,5 В, что и осуществляют блоки 4, 5, 6, обладающие, кроме этого, высоким входным сопротивлением для уменьшения нагрузки на акселерометры. В пятый, шестой, седьмой такты коммутатор 10 подключает датчик 7 к входу усилителя 11. Коммутатор 13 подключает выходные сигналы блока полосовых фильтров 12 различных частот поочередно к входу выпрямителя 14. В восьмой, девятый, десятый такты к входу усилителя 11 подключается датчик 8, а в одиннадцатый, двенадцатый, тринадцатый такты - датчик 9. Устройство работает аналогичным образом с тактами пятый, шестой, седьмой. В одиннадцатый, двенадцатый, тринадцатый такты коммутатор 10 подключает генератор гармоник к входу усилителя, и далее измерения производят с сигналами, аналогичными геоакустическим. В качестве генератора гармоник используется источник прямоугольных импульсов с нижней частотой в диапазоне измеряемых сигналов (например, 500 Гц). Третья гармоника, выделяемая блоком полосовых фильтров (1500 Гц), является калибровочным сигналом для второго диапазона 500-5000 Гц (двенадцатый такт). Пятая гармоника 2500 Гц, выделяемая полосовым фильтром, является калибровочным сигналом для третьего диапазона 2500-5000 Гц (тринадцатый такт).

Температурные измерения, которые осуществляются двумя датчиками, установленными в приборе (такты четырнадцатый, пятнадцатый), дают также дополнительную информацию. Температура бурового раствора, которая измеряется датчиком 18, может использоваться как дополнительный параметр при обнаружении и детализации местоположения негерметичности ствола скважины, при выделении интервалов обводнения горных пород, когда интерпретация акустических измерений неоднозначна. Температура внутри скважинного прибора, измеряемая датчиком 19, является техническим параметром и позволяет уменьшить погрешность устройства.

Источники информации

1. Малкин З.М., Лашневич Л.С. Скважинный спектральный шумомер. Труды Московского института нефтехимической и газовой промышленности. 1984 г., № 188.

2. Астраханцев Ю.Г., Троянов А.К. Устройство для проведения геоакустического каротажа. Патент РФ №2445653, G01V 1/40.

3. Астраханцев Ю.Г., Троянов А.К. Устройство для измерения геоакустических шумов в скважинах. Патент РФ №2123711, G01V 1/40.

Устройство для измерения в скважине геоакустических сигналов, содержащее три взаимоортогональных датчика геоакустических сигналов, первый коммутатор, усилитель, блок фильтров, выпрямитель, третий коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, блок передачи, блок питания, блок управления, два гравитационных преобразователя, отличающееся тем, что в него дополнительно введен гравитационный преобразователь, ось чувствительности которого направлена по оси скважинного прибора, три усилителя с высоким входным сопротивлением и компенсатором входного напряжения, второй коммутатор, входы которого подключены к выходам блока полосовых фильтров, а выход - к входу выпрямителя, датчик внутренней температуры скважинного прибора, подсоединенный к входу третьего коммутатора, а также генератор гармоник калибровки, выход которого подключен к входу второго коммутатора.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при проведении сейсморазведочных работ. Предложен сейсмограф с двойным сердечником, который содержит двойной магнитный сердечник, упакованный в корпусе, обеспечивающий более высокую чувствительность и снижение количества электрических проводов в устройстве.

Контроль качества для широкополосных свип-сигналов // 2665346

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано в процессе обработки данных контроля качества в отношении энергии, излучаемой сейсмическим источником.

Способ формирования куба или разреза площадок, способ автоматического прослеживания горизонтов/годографов и способ автоматического выявления зон тектонических деформаций и зон трещиноватости // 2664503

Изобретение относится к обработке сейсмических данных в области геофизики и может быть использовано при проведении сейсморазведочных работ. Предложены три способа, связанные единым изобретательским замыслом.

Сейсмический датчик // 2663091

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано в процессе проведения сейсмической съемки. Описано устройство для сейсмической съемки, содержащее корпус, ускоряемую массу, по меньшей мере один датчик, выполненный с возможностью обнаружения перемещения ускоряемой массы относительно корпуса, электронную схему, соединенную с упомянутым по меньшей мере одним датчиком и выполненную с возможностью получения и обработки выходного сигнала этого датчика, и источник питания, выполненный с возможностью подачи электрической энергии в электронную схему и представляющий собой составную часть ускоряемой массы.

Распределенное акустическое измерение для пассивной дальнометрии // 2661747

Изобретение относится к бурению скважин и может быть использовано для контроля расположения пробуриваемой скважины относительно целевой скважины. В частности, предложена скважинная дальномерная система, содержащая: первый оптический волновод, размещенный в первой скважине формации, причем первый оптический волновод расположен вдоль части осевой длины первой скважины; по меньшей мере второй оптический волновод, расположенный вдоль по меньшей мере той же самой осевой длины первой скважины, что и первый оптический волновод; и источник звука, размещенный во второй скважине и акустически связанный с указанной формацией.

Способ построения карты изобар для многопластовых месторождений нефти и газа // 2661501

Изобретение относится к области добычи природного газа, а именно к способу контроля за разработкой многопластовых месторождений газа, при расчете пластового давления, как по отдельным пластам, так и по месторождению в целом.

Способ выявления рапогазоносных структур с аномально высоким пластовым давлением флюидов // 2661062

Изобретение относится к области геологии, а именно к прогнозу рапогазоносных структур с аномально высоким пластовым давлением в геологическом разрезе осадочного чехла платформ.

Способ геофизической разведки // 2659753

Изобретение относится к области геофизического моделирования и может быть использовано для выделения ловушек углеводородов в сложно построенных средах, содержащих акустически контрастные геологические объекты.

Генерирование волнового поля с использованием массива сейсмических вибраторов // 2659583

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при проведении морских сейсморазведочных работ. Согласно заявленному решению морские сейсмические вибраторы активируются, образуя источник градиента волнового поля для исследования целевой структуры.

Устройство для исследования в скважинах динамического состояния горных пород // 2658592

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано как при каротажных работах, так и для мониторинга динамического состояния горных пород в скважинах.

Блокирующий сейсмограф с двойным сердечником // 2667692

Способ выявления рапогазоносных структур с аномально высоким пластовым давлением флюидов // 2661062

Устройство для исследования в скважинах динамического состояния горных пород // 2658592

Оптоволоконный датчик для скважинных сейсмических исследований // 2654973

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при проведении скважинных сейсморазведочных работ. Оптоволоконный датчик для скважинной сейсморазведки содержит оптоволоконный кабель, опускаемый в скважину, и по меньшей мере одну группу резонаторов, расположенную на оптоволоконном кабеле.

Способ выявления высокодебитных объектов рапогазоносных структур с аномально высоким пластовым давлением флюидов, фонтаноопасных для бурения скважин // 2653959

Изобретение относится к области геологии, а именно к прогнозу распределения рапоносных структур с аномально высоким давлением флюидов (АВПД) в геологическом разрезе осадочного чехла платформ и областей их сочленения с краевыми прогибами.

Способ выявления аномальных скачков порового давления на границах разделов в непробуренных геологических формациях и система для осуществления этого способа // 2651830

Настоящее изобретение относится к системе и способу выявления аномальных скачков порового давления на границах разделов в непробуренных геологических формациях и к системе для осуществления этого способа.

Способ определения параметров трещины гидроразрыва пласта // 2649195

Изобретение относится к нефтедобыче и может быть применено в гидроразрыве пласта при одновременном контроле геометрических и гидродинамических параметров трещины в реальном времени.

Акустическая система определения параметров перфорирования при вторичном вскрытии нефтегазовых буровых скважин // 2640125

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в нефтегазодобывающей промышленности для определения качества проведения перфорации обсадных колонн буровых скважин при вторичном вскрытии пласта.

Геофон с настраиваемой резонансной частотой // 2627995

Приведенный в качестве иллюстрации геофон с настраиваемой резонансной частотой содержит первый индуктивный узел, включающий в себя катушку индуктивности с установленным в ней первым магнитом, причем первый магнит и первая катушка индуктивности выполнены с возможностью перемещения относительно друг друга, и второй индуктивный узел, включающий в себя вторую катушку индуктивности с установленным в ней вторым магнитом, причем второй магнит и вторая катушка индуктивности выполнены с возможностью перемещения относительно друг друга.

Скважинное размещение оптического волокна для сейсмических исследований // 2612957

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано в процессе сейсмических исследований. Предложено скважинное размещение оптического волокна для сейсмических исследований.

Способ фильтрации сейсмических сигналов в системе сейсморазведки жидкости // 2669268

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано в процессе сейсморазведочных мероприятий. В настоящем изобретении разработан способ адаптивной фильтрации для эффективного подавления посторонних волн, наблюдаемых при сборе данных в ходе сейсморазведки. Для этого от локальных акустических сигналов формируют всплеск жидкости в зоне предполагаемого месторождения и настраивают частоту и форму волн жидкого месторождения в резонанс в газовой среде и на передачу резонансного сигнала наружи к погружному приемнику сигнала, а использованные трубы скважины удаляются из земли и используются повторно в других местах возможных месторождений. Технический результат – повышение точности и достоверности получаемых данных. 3 ил.