Изобретение относится к способам определения проницаемости продуктивных насыщенных флюидами пластов.

Известны способы определения проницаемости пласта, основанные на акустическом возбуждении насыщенного пласта и последующем использовании электрокинетического эффекта. Так, например, в патенте США №3599085 описан метод, в котором источник акустического сигнала опускается в скважину и используется для излучения низкочастотных акустических волн. Электрокинетические эффекты в окружающей горной породе, насыщенной флюидами, приводят к возникновению электрического поля, и это поле измеряется по меньшей мере в двух местах вблизи источника с помощью контактной площадки, касающейся стенки ствола скважины. Соотношение измеренных потенциалов зависит от электрокинетической эффективной глубины проникновения и показывает проницаемость пласта.

В патенте США №2814017 описан метод определения проницаемости пласта, который заключается в измерении разности фаз между периодическими волнами давления, прошедшими через пласт, и потенциалами, порожденными колебательным движением пласта, которое вызвано этими волнами давления, и, наоборот, в подаче периодически меняющегося электрического тока в пластовый флюид с целью генерации периодических волн давления в пласте.

Патент США №5417104 описывает способ оценки проницаемости пласта, в соответствии с которым акустические волны фиксированной частоты излучаются размещаемым в скважине источником и осуществляется последующее измерение результирующих электрокинетических потенциалов. Затем используется электрический источник фиксированной частоты с последующим измерением акустических откликов. Путем совместного использования полученных результатов определяется проницаемость, при условии, что электропроводность также должна быть измерена отдельно.

Описанные выше методы в сильной степени зависят от свойств стенки скважины.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ определения проницаемости пласта, описанный в заявке ЕПВ 1577683, в соответствии с которым в скважину помещают каротажный прибор, содержащий акустический и электрические излучатели и датчики, осуществляют акустическое возбуждение пласта и регистрацию электрического отклика насыщенного пласта на акустическое возбуждение, затем осуществляют электромагнитное возбуждение пласта и последующую регистрацию акустического отклика на электромагнитное возбуждение. Дополнительно может быть измерен акустический отклик в ответ на акустическое возбуждение пласта. Оценку свойств пласта производят на основе анализа измеренных акустических и электрических сигналов. Основным недостатком данного способа является отсутствие методики и алгоритма проведения измерений и, как следствие, малая эффективность с точки зрения минимизации погрешности измерений.

Заявленное изобретение направлено на определение проницаемости пласта при помощи комбинированных электроакустических и акустико-электрических измерений. Основным преимуществом изобретения является алгоритм реализации измерений, позволяющий сколь угодно минимизировать погрешность в процессе непрерывного каротажа. Поставленная задача решается тем, что в способе определения проницаемости пласта, включающем размещение в скважине каротажного прибора, содержащего акустический излучатель, расположенный в верхней части прибора, акустические датчики, электрические излучатели и электрические датчики, причем каждый акустический датчик расположен между электрическим датчиком и электрическим излучателем, осуществление акустического и электромагнитного возбуждения окружающего скважину пласта, последующую регистрацию акустических и электромагнитных откликов в ответ на возбуждение и определение проницаемости пласта на основе измеренных сигналов посредством системы сбора и обработки информации, каротажный прибор содержит по меньшей мере два акустических датчика, по меньшей мере два электрических излучателя и по меньшей мере два электрических датчика, после генерации акустического импульса измеряют акустическими датчиками амплитуду акустического отклика в ответ на акустическое возбуждение и электрическими датчиками амплитуду силы тока или напряжения, инициированного акустическим воздействием, осуществляют генерацию импульса напряжения при том же положении прибора и измеряют акустическими датчиками амплитуду акустического отклика, инициированного приложенным напряжением, при том же положении прибора по меньшей мере однократно повторяют акустическое возбуждение пласта с последующими измерениями амплитуды акустического отклика и амплитуды силы тока или напряжения и генерацию импульса напряжения с последующим измерением амплитуды акустического отклика, причем при каждом повторении осуществляют генерацию акустического импульса и импульса напряжения с увеличенными амплитудами, по полученным данным система сбора и обработки информации вычисляет проницаемость для каждого из подслоев пласта, расположенных напротив акустических датчиков прибора при данном положении прибора в скважине, при этом толщина подслоя равна расстоянию между смежными акустическими датчиками, перемещают прибор по стволу скважины на расстояние, равное расстоянию между смежными акустическими датчиками, и повторяют последовательность всех вышеперечисленных операций для каждого положения прибора, а результирующее значение проницаемости пласта вычисляется путем усреднения полученных значений проницаемости для каждого подслоя.

Для обеспечения максимально возможного количества измерений и минимизации погрешности при перемещении каротажного прибора вниз по скважине изначально каротажный прибор размещают в скважине таким образом, что самый нижний акустический датчик находится на уровне верхней границы исследуемого слоя пласта, а перемещение каротажного прибора осуществляют вниз по скважине до тех пор, пока самый верхний акустический датчик не достигнет нижней границы исследуемого пласта.

При перемещении каротажного прибора вверх по стволу скважины изначально каротажный прибор размещают в скважине таким образом, что самый верхний акустический датчик прибора находится на уровне нижней границы исследуемого слоя пласта, а перемещение каротажного прибора осуществляют вверх по скважине до тех пор, пока самый нижний акустический датчик не достигнет верхней границы исследуемого пласта.

Электрические излучатели могут одновременно являться электрическими датчиками.

В качестве электрических излучателей могут быть использованы электроды.

Предлагаемая технология определения проницаемости пласта предусматривает непрерывное сканирование скважины по глубине с использованием комбинации двух различных измерений. Комбинация состоит в измерениях электрического отклика на акустическое возбуждение насыщенной горной погоды и последующей регистрации акустического отклика на электромагнитное возбуждение. Данные, полученные из упомянутых независимых измерений, несут в себе информацию о свойствах насыщенной породы и коэффициенте λ, характеризующем взаимосвязь инициирующего сигнала (электрического или акустического) и результирующего сигнала (акустического или электрического соответственно). Например, в случае приложения акустического сигнала электромагнитный отклик несет информацию о подвижности ионов в жидкости, заполняющей поровое пространство горной породы и о макроскопических свойствах, таких как проницаемость. Эти данные содержатся в вышеупомянутом коэффициенте взаимодействия λ_АЕ. При возбуждении породы электрическим сигналом величина акустического отклика зависит от того же набора параметров. Это дает возможность исключить коэффициент взаимодействия и получить данные о свойствах формации из вышеупомянутой комбинации измерений. Получение данных о проницаемости породы из одного типа амплитудных измерений невозможно с математической точки зрения, так как в этом случае система уравнений для нахождения проницаемости имеет большее количество уравнений, чем неизвестных.

Амплитудные измерения «сигнал-отклик» являются наиболее простыми с точки зрения реализации и точными с точки зрения возможности увеличивать возбуждающий сигнал до приемлемого уровня на фоне шума. Поэтому в данном изобретении предлагается проводить именно амплитудные измерения. Используемое измерительное устройство должно быть откалибровано для устранения «паразитных» факторов, влияющих на амплитуду измеряемого сигнала.

Амплитудные значения акустического сигнала воздействия должны варьироваться в пределах, достаточных для того, чтобы измерения величины отклика как функции возмущающего сигнала укладывались в необходимую погрешность. Амплитуда электрического отклика должна измеряться совместно с амплитудой акустического воздействия в точке измерения. Затем для того же положения акустических датчиков необходимо инициировать электрический импульс и измерить акустический отклик. Целью перечисленных операций является получение амплитудной зависимости электрического отклика от возмущающего акустического воздействия и амплитуды акустического отклика от возмущающего электромагнитного сигнала.

Уравнения электрокинетической теории сформулированы в [Steve Pride, Governing equations for the coupled electromagnetics and acoustics of porous media, Phys. Rev. В 50, 15678-15696 (1994)].

Уравнения, описывающие превращения акустического и электромагнитного поля в насыщенной пористой среде, приведены ниже:

J=L(ω)(-grad(p_f)+ω²ρ_fu_s)+σ(ω)E.

Здесь - частота, w - относительное смещение «жидкость-твердый скелет», grad(p_f) - градиент давления, u_s - смещение скелета, Е - напряженность электрического поля, J - плотность тока.

Соответствующие аналитические оценки амплитуды силы тока (I) при акустическом возмущении амплитудой δр и амплитуды акустического сигнала Δр после инициирования импульса напряжения амплитудой V могут быть выражены в следующей форме:

где η_f - вязкость пластовой жидкости, d_eff - геометрический параметр, определяемый при калибровке измерительного прибора (приблизительно равный расстоянию между электродами), S_el - площадь поверхности электродов, s - насыщенность жидкостью, k(ω) - проницаемость, плотность пластовой жидкости, с - скорость звука в формации, L(ω) - коэффициент из уравнений Прайда, связывающий электрический и акустический сигналы.

Экспериментальные зависимости аппроксимируются соотношениями:

I_M=λ_AE·δp_A

Δp_M=λ_EA·V_A

В этих соотношениях I_M - измеряемая амплитуда силы тока, δр_A - амплитуда прикладываемого акустического сигнала, δр_M - измеряемая амплитуда акустического сигнала, V_A - амплитуда прикладываемого напряжения.

Таким образом, отношение проницаемости к вязкости:

Изобретение поясняется чертежами, на которых на фиг.1 показан каротажный прибор, используемый для реализации способа, на фиг.2 - полученные кривые зависимостей измеряемой амплитуды акустического сигнала от амплитуды прикладываемого напряжения и измеряемой амплитуды силы тока от амплитуды прикладываемого акустического сигнала.

Заявленный способ определения проницаемости пласта может быть осуществлен следующим образом.

Каротажный прибор 1, состоящий из расположенного в его верхней части акустического излучателя 2, по меньшей мере двух электрических излучателей, в качестве которых используют электроды 3, и набора акустических датчиков 4, каждый из которых размещен между парой электродов, помещают в скважину. Поскольку система обратима, то электрические излучатели - электроды 3 используют и в качестве электрических датчиков. Расстояние между каждой парой электродов 3 одинаково и равно расстоянию между акустическими датчиками 4. Каротажный прибор соединен с системой 5 сбора и обработки информации. В случае перемещения прибора 1 вниз по стволу скважины изначально самый нижний акустический датчик 4 может находиться на уровне верхней границы исследуемого пласта, в случае перемещения каротажного прибора 1 вверх по стволу скважины изначально самый верхний акустический датчик 4 может находиться на уровне нижней границы исследуемого пласта. Акустический излучатель 2 генерирует импульс с амплитудой P_s. Акустические датчики 4 измеряют амплитуду акустического отклика в соответствующих точках δр_i, а соответствующие пары электродов 3 измеряют амплитуду силы тока I_i (или напряжения), инициированного акустическим воздействием (здесь и далее i - номер акустического датчика и соответствующей пары электродов). На втором шаге при том же положении прибора каждая пара электродов 3 генерирует импульс напряжения амплитудой V_i, и соответствующий акустический датчик измеряет амплитуду акустического отклика δр_i, индуцированного приложенным напряжением.

Измерения на первом и втором шагах повторяются с увеличенными значениями амплитуд возбуждающих сигналов P_s и V_i. Минимальная величина увеличения амплитуд обуславливается тем, что после увеличения возбуждающего сигнала увеличение измеряемого сигнала должно быть заметно на фоне шума. Количество таких измерительных циклов должно быть достаточным для вычисления λ_AE и λ_EA с необходимой точностью.

При данном положении прибора слой пласта, напротив которого находится прибор, подразделяется на подслои, число которых равно числу акустических датчиков прибора, находящихся напротив исследуемого пласта, а толщина каждого подслоя равна расстоянию между смежными акустическими датчиками (или электродами). Система сбора и обработки информации вычисляет λ_AE, λ_EA и проницаемость для каждого подслоя пласта при данном положении прибора.

Затем прибор перемещается вниз или вверх вдоль ствола скважины на расстояние δ, соответствующее расстоянию между соседними акустическими датчиками.

После этого вся последовательность действий способа повторяется. Для обеспечения максимально возможного количества измерений она повторяется до тех пор, пока самый верхний акустический датчик каротажного прибора не достигнет нижней границы исследуемого пласта в случае перемещения прибора вниз вдоль ствола скважины или до тех пор, пока самый нижний акустический датчик каротажного прибора не достигнет верхней границы исследуемого пласта.

Таким образом, для каждого подслоя пласта толщиной δ система обработки информации имеет n значений измеренной проницаемости (n - число акустических датчиков в приборе). Результирующее значение проницаемости вычисляется путем усреднения этих значений, что значительно уменьшает ошибку измерений. Соответствующий профиль проницаемости (зависимость проницаемости от глубины) может строиться в реальном масштабе времени и корректироваться по мере накопления информации для каждого подслоя.