RU2132560C1

RU2132560C1 - Rock permeability evaluation technique

Info

Publication number: RU2132560C1
Application number: RU97104988A
Authority: RU
Inventors: В.Ш. Халилов; Р.Р. Гафуров; К.В. Антонов; В.П. Бандов; А.Ф. Косолапов; И.В. Халилов
Original assignee: Халилов Вячеслав Шамильевич
Priority date: 1997-03-24
Filing date: 1997-03-24
Publication date: 1999-06-27

Abstract

FIELD: industrial geophysics; seismic-acoustic methods for investigating wells and the like. SUBSTANCE: excitation and reception points are chosen beyond range of analyzed rock, elastic waves are excited in medium, pressure waves are received within investigation interval in bed liquid, and dynamic characteristics of analyzed waves are compared; signal excitation point is arranged in one of two wells and signal reception point, in other well provision being made for generating waves decaying when propagated in medium; analyzed medium is acted upon by stepwise varying excitation wave amplitude whereupon wave growth and decay rates are recorded in signal reception point; dependences obtained are compared and their data are used to evaluate rock permeability. EFFECT: improved reliability and accuracy of evaluating rock permeability due to effect of filtering transfer on wavefront. 4 dwg

Description

Изобретение относится к области промысловой геофизики, а именно к сейсмоакустическим способам исследования скважин, и, в частности, к способам оценки проницаемости горных пород. The invention relates to the field of field geophysics, and in particular to seismic-acoustic methods for researching wells, and, in particular, to methods for assessing the permeability of rocks.

Известные способы оценки проницаемости горных пород основаны на измерении величин, косвенно зависящих от проницаемости. В настоящее время известен способ определения типа флюида, насыщающего пласт, основанный на выявлении изменений акустических параметров породы при воздействии, изменяющем акустические свойства насыщающих ее флюидов, включающий возбуждение и прием зондирующего акустического сигнала и измерении его параметров (А.С. СССР 777610, кл. G 01 V 1/40, 1978). При этом воздействие на исследуемую среду осуществляют непосредственно в процессе многократного измерения акустических параметров пород путем возбуждения в них дополнительного акустического сигнала, мощность которого изменяют ступенчато. Однако при этом остается открытым вопрос об оценке величины проницаемости пласта, информация о которой является весьма важной для правильной разведки и разработки нефтегазовых месторождений. Known methods for assessing rock permeability are based on measuring values indirectly dependent on permeability. Currently, a method is known for determining the type of fluid saturating the formation, based on the detection of changes in the acoustic parameters of the rock when exposed to changes in the acoustic properties of the fluids saturating it, including the excitation and reception of a sounding acoustic signal and measuring its parameters (A.S. 777610, cl. G 01 V 1/40, 1978). In this case, the effect on the medium under study is carried out directly in the process of repeated measurement of the acoustic parameters of the rocks by exciting an additional acoustic signal in them, the power of which is changed stepwise. However, at the same time, the question of assessing the permeability of the reservoir remains open, information about which is very important for the proper exploration and development of oil and gas fields.

Наиболее близким по техническому результату к заявляемому является способ оценки проницаемости горных пород, включающий выбор пунктов возбуждения за пределами интервала исследований горных пород, возбуждение упругих колебаний в среде, прием в интервале исследований волн давления в жидкости, заполняющей ствол скважины, выделение трубной волны, генерируемой проницаемым пластом горных пород на пересечении со скважиной, и измерение амплитуды этой волны. Одновременно с приемом волн давления измеряют полный вектор смещения пород на стенке скважины в том же интервале исследований, вычисляют отношения амплитуды давления в трубной волне к амплитуде полного вектора скорости смещения пород на стенке скважины, по которому судят о проницаемости пород (А. С. СССР 1712926, кл. G 01 V 1/40, 1989). The closest technical result to the claimed one is a method for assessing rock permeability, including selecting excitation points outside the rock research interval, generating elastic vibrations in the medium, receiving pressure waves in the fluid filling the wellbore during the research period, isolating the pipe wave generated by the permeable formation of rocks at the intersection with the well, and measuring the amplitude of this wave. Simultaneously with the reception of pressure waves, the total displacement vector of rocks on the wall of the well is measured in the same research interval, the ratios of the amplitude of pressure in the pipe wave to the amplitude of the total vector of displacement velocity of rocks on the wall of the well, which are used to measure rock permeability, are calculated (A. S. USSR 1712926 Cl. G 01 V 1/40, 1989).

Недостатком этого способа является то, что сама трубная волна, по определению, генерируется при взаимодействии продольной волны не только с пластом, но и со стенками скважины, и с буровым раствором и т.д. Горная порода исследуется в узком интервале, и, хотя в данном способе оценивается также и азимутальная анизотропия проницаемости, полученные данные являются косвенными и могут оказаться ошибочными на широком интервале горных пород. Также на практике могут возникнуть сложности из-за различной реализации способа для больших и малых значений проницаемости, при этом сам критерий малости величины проницаемости не определен. The disadvantage of this method is that the pipe wave itself, by definition, is generated by the interaction of a longitudinal wave not only with the formation, but also with the walls of the well, and with the drilling fluid, etc. The rock is studied in a narrow range, and although the azimuthal permeability anisotropy is also estimated in this method, the data obtained are indirect and may be erroneous over a wide range of rocks. Also, in practice, difficulties may arise due to the different implementation of the method for large and small values of permeability, while the criterion for a small value of permeability is not defined.

Техническим результатом заявляемого изобретения является надежная и точная оценка величины проницаемости, достигаемая за счет обеспечения проявления эффекта фильтрационных перетоков на фронте волны и, вследствие этого, изменение скорости распространения волны при изменении амплитуды. The technical result of the claimed invention is a reliable and accurate estimate of the permeability, achieved by ensuring the manifestation of the effect of filtering flows at the wave front and, as a result, the change in the speed of wave propagation with a change in amplitude.

Технический результат достигается тем, что известный способ включает выбор пунктов возбуждения и приема упругих волн за пределами интервала исследований горных пород, возбуждение упругих волн в данном интервале исследований и сравнение кинематических параметров исследуемых волн. При этом пункт возбуждения упругих волн размещают в одной из двух скважин, а пункт приема - в другой скважине, при этом воздействие на исследуемую среду осуществляют путем ступенчатого изменения амплитуды волн возбуждения, после чего в пункте приема регистрируют значения их скорости распространения, затем сравнивают зависимости скорости волны от амплитуды с зависимостями, полученными ранее на опытных образцах, и по результатам сравнения оценивают величину проницаемости горных пород. The technical result is achieved by the fact that the known method includes the selection of points of excitation and reception of elastic waves outside the range of rock studies, the excitation of elastic waves in a given research interval and comparison of the kinematic parameters of the waves being studied. In this case, the point of excitation of elastic waves is placed in one of the two wells, and the point of reception is in the other well, while the impact on the test medium is carried out by stepwise changing the amplitude of the waves of excitation, after which the values of their propagation velocity are recorded in the point of reception, then the dependences of speed are compared waves on amplitude with the dependences obtained previously on the experimental samples, and the value of rock permeability is estimated from the results of comparison.

Возможность достижения технического результата обусловлена тем, что при изменении амплитуды волны изменяются кинематические параметры упругих волн. При распространении волнового возмущения в исследуемой среде деформация данной среды осуществляется за счет изменения порового пространства. При этом реологическая среда (жидкость или газ) в момент деформации на фронте волны вытесняется за время прохождения волны из областей сжатия в области разрежения. Величина смещения жидкости или газа, как показали расчеты, является функцией проницаемости среды, вязкости флюида, амплитуды волны и скорости ее распространения. Наш способ оценки проницаемости физически основывается на том, что величина проницаемости обусловлена гидродинамическим сопротивлением фильтрационному течению жидкости внутри порового пространства. Поэтому для более точного измерения проницаемости необходимо инициировать фильтрационные перетоки жидкости из поры в пору, в результате которых будет иметь место зависимость измеряемой величины от интенсивности фильтрационных перетоков. The possibility of achieving a technical result is due to the fact that when the wave amplitude changes, the kinematic parameters of the elastic waves change. During the propagation of wave disturbances in the medium under study, the deformation of this medium is due to a change in the pore space. In this case, the rheological medium (liquid or gas) at the time of deformation at the wave front is displaced during the wave propagation from the compression regions in the rarefaction region. The magnitude of the displacement of a liquid or gas, as shown by calculations, is a function of the permeability of the medium, fluid viscosity, wave amplitude and its propagation velocity. Our method of assessing permeability is physically based on the fact that the permeability is due to the hydrodynamic resistance of the filtration flow of the fluid inside the pore space. Therefore, for a more accurate measurement of permeability, it is necessary to initiate filtration fluid flows from pore to pore, as a result of which the measured value will depend on the intensity of filtration flows.

Из научно-технической литературы и патентной документации не известно использование для достижения технического результата двух скважин, одна из которых используется для размещения пункта возбуждения упругих волн, а другая скважина используется для размещения пункта приема, при этом воздействие на исследуемую среду осуществляют путем ступенчатого изменения амплитуды возбуждаемых упругих волн, после чего в пункте приема регистрируют значения их скорости распространения, затем сравнивают зависимости скорости волны от амплитуды с зависимостями, полученными ранее на опытных образцах, и по результатам сравнения оценивают величину проницаемости горных пород. Однако известен способ оценки проницаемости, когда генерируются колебания, затухающие при распространении в среде, после чего в пункте приема сигнала регистрируют величины скорости и затухания волны, технический результат - возможность упрощенной оценки проницаемости - достигается за счет эмпирически установленных зависимостей между скоростью распространения волн, пористостью и проницаемостью (Ивакин Б.Н., Карус Е.В., Кузнецов О.Я. Акустический метод исследования скважин. М.: Недра, 1978). From the scientific and technical literature and patent documentation, it is not known to use two wells to achieve the technical result, one of which is used to place the point of excitation of elastic waves, and the other well is used to place the point of reception, while the impact on the test medium is carried out by stepwise changing the amplitude of the excited elastic waves, after which, at the receiving point, the values of their propagation velocity are recorded, then the dependences of the wave velocity on the amplitude are compared with isimostyami previously obtained for the test samples, and by comparing the evaluated magnitude of permeability of rocks. However, there is a known method for assessing permeability, when oscillations damping when propagating in a medium are generated, after which wave velocity and attenuation values are recorded at the signal receiving point, the technical result - the possibility of a simplified permeability assessment - is achieved by empirically established relationships between the wave propagation velocity, porosity and permeability (Ivakin BN, Karus EV, Kuznetsov O.Ya. Acoustic method for researching wells. M .: Nedra, 1978).

На прилагаемых графических материалах показаны зависимости скорости распространения волны от ее амплитуды для образцов керна, обладающих различными значениями проницаемости - фиг. 1, тарировочные графики - фиг. 2 и на фиг. 3 - схема размещения источника волн и приемника в скважинах. The attached graphic materials show the dependences of the wave propagation velocity on its amplitude for core samples having different permeability values - FIG. 1, calibration graphs - FIG. 2 and in FIG. 3 is a layout of a wave source and a receiver in wells.

Способ осуществляют следующим образом. Источник волн переменной амплитуды помещают в одну из исследуемых скважин. В другой скважине размещают прибор, регистрирующий исследуемую волну. Варьируя амплитуду излучаемой волны в источнике осуществляют ее регистрацию в приемном устройстве, например, в аппаратуре АСПУ-3-48. Регистрируют величину скорости волны. С помощью исследований на образцах с известными значениями проницаемости получают графики зависимости скорости распространения упругой волны от проницаемости. По этим графикам благодаря варьированию величины амплитуды волны и регистрации величины скорости распространения волны определяют величину проницаемости среды. The method is as follows. A source of waves of variable amplitude is placed in one of the studied wells. In another well placed instrument registering the wave under study. Varying the amplitude of the emitted wave in the source, it is registered in a receiving device, for example, in ASPU-3-48 equipment. The magnitude of the wave velocity is recorded. Using studies on samples with known permeability values, graphs of the dependence of the elastic wave propagation velocity on permeability are obtained. From these graphs, by varying the magnitude of the wave amplitude and recording the magnitude of the wave propagation velocity, the permeability of the medium is determined.

Возможность получения технического результата подтверждают эксперименты по распространению упругих волн в образцах горных пород в кернах. Они проводились на установке ИФЕС-1 во ВНИИГИС. Для определения времени распространения волн в материале образца использовался способ прямого прозвучивания. Через коммутатор опорный импульс, сформированный источником временных сдвигов измерителя И2-26 и усиленный по амплитуде до 300-600 В, подавался на излучатель и был преобразован в механические колебания. Механические колебания, пройдя через образец, были преобразованы приемником в электрический сигнал, который также через коммутатор поступал на усилитель сигнала пьезоприемника, а усиленный сигнал подавался на вход индикатора-измерителя И2-26. Волновая картина сигнала высвечивалась на экране индикатора. Измеритель И2-26 позволил измерять временной интервал между запускающим импульсом и началом принятого пьезоприемником сигнала. Этот временной интервал характеризовал время распространения упругих волн по образцу. The possibility of obtaining a technical result is confirmed by experiments on the propagation of elastic waves in rock samples in cores. They were carried out at the IFES-1 installation in VNIIGIS. To determine the propagation time of waves in the sample material, a direct sounding method was used. Through the switch, a reference pulse formed by a source of temporary shifts of the I2-26 meter and amplified up to 300-600 V in amplitude was supplied to the emitter and was converted into mechanical vibrations. The mechanical vibrations, passing through the sample, were converted by the receiver into an electrical signal, which also went through the switch to the piezoelectric receiver signal amplifier, and the amplified signal was fed to the input of the I2-26 indicator-meter. The wave pattern of the signal was displayed on the indicator screen. The I2-26 meter made it possible to measure the time interval between the triggering pulse and the beginning of the signal received by the piezoelectric receiver. This time interval characterized the propagation time of elastic waves through the sample.

Пример. Опыты были поставлены на семи образцах кернов с различной проницаемостью при следующих параметрах: частота 600 КГц, обжимное давление 10⁷ Па, поровое давление 10⁶ Па, температура 293 К. Амплитуда сигнала варьировалась от 50 до 500 В с шагом в 50 В. Таким образом, были получены зависимости скорости распространения волны от ее амплитуды для образцов керна, обладающих различными значениями проницаемости, представленные на фиг. 1. Затем для полученных на фиг. 1 зависимостей построили тарировочный график, изображенный на фиг. 2. Данный график является основой методики оценки проницаемости горных пород. Проницаемость исследуемого образца определялась следующим образом. Выбирался керн с неизвестной проницаемостью и на установке ИФЕС-1 повторялась последовательность волнового воздействия со ступенчатым изменением амплитуды. В результате получали зависимость скорости распространения упругой волны от ее амплитуды. Далее точки зависимости наносились на тарировочный график, изображенный на фиг. 2, который представляют собой зависимость скорости распространения волны от проницаемости, где амплитуда является параметром. Их осредненная проекция на ось проницаемости дала в результате истинное значение искомой величины. Сравнение полученных значений проницаемости с известными ранее показывает высокую степень соответствия их реальным результатам.Example. The experiments were performed on seven core samples with different permeabilities with the following parameters: frequency 600 KHz, crimp pressure 10 ⁷ Pa, pore pressure 10 ⁶ Pa, temperature 293 K. The signal amplitude varied from 50 to 500 V in increments of 50 V. Thus , the dependences of the wave propagation velocity on its amplitude were obtained for core samples having different permeability values shown in FIG. 1. Then, for those obtained in FIG. 1 dependencies built calibration chart depicted in FIG. 2. This graph is the basis of the methodology for assessing the permeability of rocks. The permeability of the test sample was determined as follows. A core with unknown permeability was selected and the sequence of wave action with a step change in amplitude was repeated on the IFES-1 installation. As a result, the dependence of the elastic wave propagation velocity on its amplitude was obtained. Further, the dependence points were plotted on the calibration graph shown in FIG. 2, which is the dependence of the wave propagation velocity on permeability, where the amplitude is a parameter. Their averaged projection onto the axis of permeability resulted in the true value of the desired value. Comparison of the obtained permeability values with previously known ones shows a high degree of compliance with their real results.

Предлагаемый способ оценки проницаемости горных пород обладает большей точностью и надежностью в сравнении с наиболее близкими к нему способами, основанными на исследованиях только узкой прискважинной зоны. Благодаря этому появляется возможность существенного повышения эффективности промыслово-геофизических работ за счет сокращения времени на обработку и интерпретацию материалов каротажа при определении продуктивности выделенных горизонтов и оценке их дебита. The proposed method for assessing the permeability of rocks has greater accuracy and reliability in comparison with the methods closest to it, based on studies of only a narrow borehole zone. This makes it possible to significantly increase the efficiency of field-geophysical work by reducing the time for processing and interpreting logging materials when determining the productivity of selected horizons and evaluating their flow rate.

Claims

A method for assessing the permeability of rocks, including selecting points of excitation and reception of elastic waves outside the range of rock studies, excitation of elastic waves in this research interval and comparing the kinematic parameters of the studied waves, characterized in that the point of excitation of elastic waves is placed in one of two wells, and the receiving point is in another well, while the impact on the test medium is carried out by stepwise changing the amplitude of the excited elastic waves, after which at the receiving point striruyut values of the velocity of propagation, then wave velocity is compared depending on the amplitude dependencies obtained previously in test samples, and by comparing the evaluated magnitude of permeability of rocks.