CN1175282C - 声频辐射在岩层分析中的用途 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种测定含流体测井周围的岩层和胶结物两种物质之一的特性曲线的方法。该方法包括：将一声波传感器置于测井中的选定位置，该声波传感器适于提供代表来自所述物质的声波的信号；所述流体施加一选定的压强，从而在所述物质中产生机械应力，所述应力导致所述物质辐射出声波；使所述传感器探测所述声频辐射，并提供一代表所述声频辐射的信号；从所述信号和所述施加于流体的压强确定出所述特性曲线。
Description
技术领域
本发明涉及一种测定含流体测井周围的岩层的特性曲线的方法。
背景技术
钻井的设计通常需要有关岩石特性的数据，比如岩层强度，即被钻探的岩层所能承受而不导致破裂的最大压强。在钻井的打眼阶段，已有几种用来测定岩层强度的方法，这些方法通常包括对直接位于最低的套管靴之下的一短截裸井段进行的逐级或连续的加压过程。加压的强度随测试类型的不同而变化，但一般都要低于岩层的破裂压强，因为岩层的破裂会对钻井过程不利。岩层强度的估测可以通过漏泄测试进行，后者要将测井压强升高到泄漏压强。所谓泄漏压强，是指井口压强随注入的测井流体的体积的变化曲线变为非线性处的压强。曲线非线性化的开始被认为标志着岩层中发生了临界力学现象，比如岩层中微裂隙的扩展，或者预示着即将发生岩层破裂的钻井的剧烈变形。从所述泄漏压强，就可以确定钻井流体压强的最大容许梯度。但是，所述流体压强非线性变化的开始也可能是流体现象造成的，比如流体向岩层中的漏失，或者流体在胶结不好的套管靴周围的流动。而且，所述泄漏测试的结果高度依赖于进行测试所采用的方法，所获得的精度对于孔隙压力和破裂压强的差值不大的岩层中的钻井可能是不够的，尤其在高压岩层中更是如此。
“井下声频辐射测量中三维速度图声源定位的自动算法”[Nagano等，Geophysics Liv(4)，1989，pp508-513]公开了在土工技术领域为了监测地下的裂隙扩展而使用声频辐射探测的情况。
EP-A-0505276和US-A-5372038公开了一种测量由向井中注入流体而引起的微震次数的方法。
US-A-4744245公开了一种确定液压所诱发的破裂的方向的方法。在该方法中，岩石被加热，然后测定受热岩石所发出的声波。
发明内容
本发明的一个目的是克服所述方法中的上述缺点，并提供一种改进了的测定岩层的特性曲线的方法。
根据本发明，提供了一种测定含流体测井周围的岩层和胶结物两种物质之一的特性曲线的方法，该方法包括：
——将一声波传感器置于测井中的选定位置，该声波传感器适于提供代表来自所述物质的声波的信号；
——向所述流体施加一选定的压强，从而在所述物质中产生机械应力，所述应力导致所述物质辐射出声波；
——使所述传感器探测所述声频辐射，并提供一代表所述声频辐射的信号；和
——从所述信号和所述施加于流体的压强确定出特性曲线，本方法的特征在于，在泄漏测试过程中，向所述流体施加所述选定的压强，从而将流体泵入测井，在泵的过程中及之后，监测测井中压强随时间的变化，其中，所选定的压强可以构成所述泄漏压强，该压强定义为井口压强随注入的流体体积而变化的曲线变为非线性处的压强。
在本发明的一个最佳实施例中，所述特性曲线构成用来确定所述物质是否破裂的力学特性曲线。
所述特性曲线可以产生下列参数中的至少一个：岩石强度、岩石类型、岩石孔隙度、岩层泄漏压强、岩层破裂压强、岩石原位应力以及胶结物与岩石之间的差异。
通过将声波传感器置于测井无套管的下部或接近于该位置，可以使声能衰减最小，从而测定环绕所述测井无套管下部的岩层的力学特性曲线。
本发明的方法适合应用于测井的钻井过程中，其中，测井的上部是装有套管的。
为了测定钻井过程中流体压强的最大容许梯度，在泄漏测试过程中向所述流体施加所述选定的压强，从而将流体泵入测井，在泵的过程中及之后，监测测井中压强随时间的变化。流体可以，例如以逐级或者连续的方式泵入测井。而且，可以在单个加载循环中，或者在测井的循环加载中施加所述选定压强。
从所述信号测定特性曲线的步骤最好包括从下述量中的至少一个来测定特性曲线，这些量是：信号振幅、信号能量、信号持续时间、信号超过一选定阈值的次数，以及信号的振幅分布(例如B值)。
测量结果的实验室分析可以这样进行：记录下作为时间函数的选定的信号和流体压强记录曲线，然后，从二者的比较而确定岩石的力学特性曲线。
附图说明
下面，通过后面的例子，并参照所附附图详细阐释本发明。附图中：
图1，简要示出了实施本发明而测得的一次声频辐射的记录的例子；
图2，示出了作为时间函数的孔隙压力和累积声波撞击曲线的一个例子；和
图3，示出了作为时间函数的孔隙压力和声波撞击频度曲线的一个例子。
具体实施方式
例子：
在一测井的一裸井段中，在2325m的深度，在装在测井中的13 3/8″(0.34m)的套管之下，进行了现场测试。装有声波传感器的装备被安放到所述13 3/8″(0.34m)的套管之下的一个10m的竖直钻井段中。测试装备包括一个井下1 11/16″(0.043m)声波测井工具、两个置于测井中的压力计和一个LOCAN 320声频辐射采集系统(LOCAN是一个商标)。所述声波测井工具经过了稍许改造，使其发射器和两个水下听音器之一不工作，从而使得它在连续不断的监听状态下工作。所述LOCAN 320声频辐射采集系统放置在地表，并通过一电线与所述声波测井工具相联络。在钻井地点，将所述声波测井工具置于测井中，使声波阈值稍高于由LOCAN 320系统测得的背景噪声级，并将内部增益按照制造商的建议设置，再精细调节该LOCAN 320系统。在测试中，必须满足下列设置：
——井下预放大增益：10000(80dB)
——LOCAN 320内部放大增益：10(20dB)
——背景噪声阈值设置：49dB(30mV)
尽管上述设置取决于当地的条件，例如岩层特性和深度，为了最好地使用Locan 320系统，其内部增益一般而言应低于45dB，其内部增益和阈值总共的强度应在60-70dB之间。
测试程序包括三个主要阶段：
1).常规的泄漏测试。其间，0.016m3的钻井流体以0.04m3/分的速度被分步逐渐注入测井中。每步注入之后，都进行2分钟的流体压强监测。从所记录的压强即得到泄漏压强。
2).通过继续向测井中逐渐注入流体而进一步提高流体压强，直到岩层发生破裂。破裂时的流体压强即被认为是破裂压强。
3).随后，进行一系列的流体注入/封井循环，以得到最小原始应力。这些循环的目的是将已产生的裂隙从测井向外扩展，并测量裂隙张开和闭合时的流体压强。裂隙扩展循环是在流体注入速率为0.16m3/分的情况下进行的。该速率尽可能维持恒定不变，以便能够测定裂隙的再张开。持续注入流体，直到观测到相对稳定的裂隙扩展。每次流体注入步骤之后都封井一段时间，观测压强的下降。
图1简要示出了实施本发明而测得的一次声波撞击的例子。所述Locan 320系统识别出每一次声波撞击，并测得其下列特性参数：
(i).起始时间T，即一次声波撞击中越过信号阈Tr的第一个信号的时刻。
(ii).次数，即在每一次声波撞击中强信号越阈的次数。
(iii).振幅A，即在一次声波撞击中的越阈峰值(peakcrossing)。
(iv).能量，即在自首次越阈起的时间范围内经整流的信号的包络线下所测得的面积。该测量值与系统放大成正比。
(v).持续时间D，即第一次和最后一次越阈之间的时间。
(vi).上升时间R，即从第一次越阈到越阈峰值之间的时间。
(vii).峰前次数，即从首次越阈到越阈峰值的越阈次数。
从上述特性参数，可以确定几个参数，其中最重要的是作为时间的函数的累积撞击次数和撞击频度。这两个参数的曲线示于图2和图3中，其中，图2和图3中的曲线A表示压强的变化，图2中的曲线B表示累积声波撞击次数，图3中的曲线C表示声波撞击频度。所述累积撞击次数变化曲线表明，在整个测试过程中，声波撞击频度尚算稳定。但是，从图3中的曲线C却可以看出，还是存在某些声波撞击频度升高的区域。
第一个频度升高的区域是在约2000s处，对应于在封井时间里压力降的一次非常轻微的增加(5-7psi，而在上一次流体注入步骤时为0-3psi)，不过，该区域不可能与任何重要力学现象有关，因为此时的压力水平仍然较低。第二个声波撞击频度升高的区域约在4000s处。该区域与封井时间里有所增大的约7-9psi的压力降相一致。对压强记录曲线的分析表明，该第二声波撞击频度升高区对应于在到达泄漏压强之前不久岩层破坏的开始。因此，该第二声波撞击频度升高区就可以作为流体泄漏点的早期征兆。
第三个声波撞击频度升高的区域约在5500s处。该第三区比前两区高出一个量级，精确对应于岩层的破裂。因此，该第三区就是岩层破裂的确切标志。
在岩层破裂后，岩层裂隙进一步扩展。在此阶段，声频辐射活动保持于较低水平，这是因为随着声源(即裂隙扩展前沿)与传感器之间的距离的增加，因高频的选择性吸收而导致了衰减效应。
声频辐射的密集区在图3中分别用编号1、2和3标出。
Claims (7)
1、一种测定含流体测井周围的岩层和胶结物两种物质之一的特性曲线的方法，该方法包括：
——将一声波传感器置于测井中的选定位置，该声波传感器适于提供代表来自所述物质的声波的信号；
——向所述流体施加一选定的压强，从而在所述物质中产生机械应力，所述应力导致所述物质辐射出声波；
——使所述传感器探测所述声频辐射，并提供一代表所述声频辐射的信号；和
——从所述信号和所述施加于流体的压强确定出特性曲线，本方法的特征在于，在泄漏测试过程中，向所述流体施加所述选定的压强，从而将流体泵入测井，在泵的过程中及之后，监测测井中压强随时间的变化，其中，所选定的压强可以构成所述泄漏压强，该压强定义为井口压强随注入的流体体积而变化的曲线变为非线性处的压强。
2、如权利要求1所述的方法，其中，所述特性曲线构成用来确定所述物质是否破裂的力学特性曲线。
3、如权利要求1或2所述的方法，其中，所述特性曲线产生下列参数中的至少一个：岩石强度、岩石类型、岩石孔隙度、岩层泄漏压强、岩层破裂压强和岩石原位应力。
4、如权利要求1或2所述的方法，其中，将所述声波传感器置于测井无套管的下部，以测定环绕所述测井无套管下部的物质的所述特性曲线。
5、如权利要求4所述的方法，应用于测井的钻井过程中，其中，测井剩余的上部是装有套管的。
6、如权利要求1或2所述的方法，其中，从所述信号测定特性曲线的步骤包括从下述量中的至少一个来测定特性曲线，这些量是：信号振幅、信号能量、信号持续时间、信号超过一选定阈值的次数。
7、如权利要求1或2所述的方法，还包括下述步骤：记录下作为时间函数的选定的信号和流体压强记录曲线，其中，从前述二者的比较而确定所述特性曲线。
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