RU2439317C1 - Evaluation method and system of characteristic properties of two contacting media and boundary surface between them considering mixed surface waves propagating along their boundary surface - Google Patents
Evaluation method and system of characteristic properties of two contacting media and boundary surface between them considering mixed surface waves propagating along their boundary surface Download PDFInfo
- Publication number
- RU2439317C1 RU2439317C1 RU2010123060/03A RU2010123060A RU2439317C1 RU 2439317 C1 RU2439317 C1 RU 2439317C1 RU 2010123060/03 A RU2010123060/03 A RU 2010123060/03A RU 2010123060 A RU2010123060 A RU 2010123060A RU 2439317 C1 RU2439317 C1 RU 2439317C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- waves
- mixed surface
- wellbore
- formation
- surface waves
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
В общем изобретение касается оценки характеристических свойств как минимум одной из двух контактных сред, например погребенной формации, окружающей ствол скважины, и ствола скважины. В частности, изобретение касается измерения и анализа смешанных поверхностных волн, проводимых с такими целями.In general, the invention relates to evaluating the characteristic properties of at least one of two contact media, for example, a buried formation surrounding a wellbore and a wellbore. In particular, the invention relates to the measurement and analysis of mixed surface waves carried out for such purposes.
Уровень техникиState of the art
Акустические методы определения характеристик формации и ствола скважины хорошо известны. Все эти методы состоят в передаче звукового сигнала от источника на приемник через интересующую нас формацию. Обычно для акустических измерений ствола скважины используются объемные волны или модальные волны ствола скважины. Обычно делается допущение о том, что единственными компонентами волнового поля и типами волн являются волны сжатия, волны сдвига, волны Стоунли, дипольные волны изгиба и, возможно, четырехполюсные и вытекающие волны. Другие типы упругих волн рассматриваются как паразитные и не учитываются. Ультразвуковые измерения заслуживают особого комментария, т.е. обычно они основываются на простом измерении времени прохождения отраженной или преломленной объемной волны. Суммируя вышесказанное, можно сказать, что смешанные поверхностные волны (MSW) не используются в акустических исследованиях ствола скважины.Acoustic methods for characterizing the formation and wellbore are well known. All these methods consist in transmitting an audio signal from a source to a receiver through the formation of interest to us. Typically, acoustic waves are measured using body waves or modal waves from a wellbore. The assumption is usually made that the only components of the wave field and wave types are compression waves, shear waves, Stoneley waves, dipole bending waves, and possibly four-pole and leaky waves. Other types of elastic waves are considered spurious and are not taken into account. Ultrasonic measurements deserve special comment, i.e. they are usually based on a simple measurement of the travel time of a reflected or refracted body wave. Summarizing the above, we can say that mixed surface waves (MSW) are not used in acoustic studies of the wellbore.
Таким образом, существуют различные методики оценки разломов - построение изображения стенки ствола скважины при помощи электромагнитных измерений (см., например, Патент США 4567759), с использованием свойств распространения волн Стоунли в присутствии разломов (US 4831600) и т.д. Существующие методики не основываются на смешанных поверхностных волнах.Thus, there are various methods for assessing faults — constructing an image of the borehole wall using electromagnetic measurements (see, for example, US Pat. No. 4,567,759), using Stoneley wave propagation properties in the presence of faults (US 4,831,600), etc. Existing techniques are not based on mixed surface waves.
Смешанные поверхностные волны, в состав которых входят волны шепчущей галереи, ползущие волны и т.д., могут проявляться в случае распространения волн вдоль поверхности раздела, который имеет эффективную кривизну, отличную от нуля. Последнее означает геометрическую кривизну, градиент скорости или любое сочетание данных величин. Первые попытки рассмотрения смешанных поверхностных волн в академической литературе относятся к 60-м гг. Их изучение и описание производилось с математических позиций [J.B.Keller, A geometrical theory of diffraction. In Calculus of Variations and Its Applications, pp.27-52, Ed.: L.M.Graves, New-York, (1958) // Дж.Б.Келлер, «Геометрическая теория дифракции. Математическое выражение отличий и его применение», с.27-52, под ред. Л.М.Грэйвз, Нью-Йорк (1958); В.М.Бабич, «Распространение волн Рэлея на поверхности однородного упругого тела произвольной формы», докл. Акад. Наук СССР, т.137, с.1263 (1961); И.А.Молотков, П.В.Крауклис, «Смешанные поверхностные волны на границе раздела упругой среды и жидкости», Известия Акад. Наук СССР, физика твердого тела, т.9 (1970);Mixed surface waves, which include whispering gallery waves, creeping waves, etc., can occur when waves propagate along an interface that has an effective non-zero curvature. The latter means geometric curvature, velocity gradient, or any combination of these quantities. The first attempts to consider mixed surface waves in academic literature date back to the 60s. Their study and description was carried out from a mathematical point of view [J.B. Keller, A geometrical theory of diffraction. In Calculus of Variations and Its Applications, pp. 27-52, Ed .: L. M. Graves, New York, (1958) // JB Keller, “Geometric theory of diffraction. The mathematical expression of differences and its application ", p.27-52, ed. L.M. Graves, New York (1958); V.M.Babich, “Propagation of Rayleigh waves on the surface of a uniform elastic body of arbitrary shape”, dokl. Acad. Science of the USSR, vol. 137, p. 1263 (1961); I.A. Molotkov, P.V. Krauklis, “Mixed surface waves at the interface between an elastic medium and a liquid”, Izvestia Akad. USSR Sciences, Solid State Physics, vol. 9 (1970);
V.M.Babich, N,Ya.Kirpichnikova The boundary-layer method in diffraction problems, v.3, Springer, Berlin, Heidelberg, (1979) // В.М.Бабич, Н.Я.Кирпичникова, «Метод пограничного слоя в проблемах дифракции», т.3, Шпрингер, Берлин-Гейдельберг (1979); B.J.Botter, J.van Arkel, Circumferential propagation of acoustic boundary waves in boreholes, J.Acoustic.Soc.Am., v.71, p.790 (1982) // Б.Дж.Боттер, Дж.Ван Аркель, «Периферическое распространение акустических пограничных волн в стволах скважин». Журнал акустического общества Америки, т.71, с.790 (1982); A.F.Siggins, A.N.Stokes, Circumferential propagation on elastic waves on boreholes and cylindrical cavities, Geophysics, v.52, p.514 (1987) / А.Ф.Сиггинс, А.Н.Стоукс, «Периферическое распространение упругих волн в стволах скважин и в цилиндрических полостях», Геофизика, т.52, с.514 (1987)]. Смешанные поверхностные волны наблюдались в ходе лабораторного эксперимента [В.Г.Грацинский, «Исследование упругих волн в модели ствола скважины». Изв. АН СССР, геофиз. серия, т.6, с.322 (1964); В.Г.Грацинский, «Амплитуды ползущих волн на поверхности ствола скважины». Изв. АН СССР, геофиз. серия, т.6, с.819 (1964); П.Г.Гильберштейн, Г.В.Губанова, «Квазисползание волн сжатия в случае вогнутой отражающей границы», Изв. АН СССР, физика земли, с.48 (1973)]. Тем не менее, смешанные поверхностные волны до настоящего времени не использовались при изучении акустических аспектов ствола скважины. Таким образом, изобретение является первой попыткой создания аппарата, способного возбуждать и обнаруживать смешанные поверхностные волны в стволе скважины, и разработки метода, способного обеспечить возможность томографического изучения характеристик ствола скважины и свойств формации.VMBabich, N, Ya. Kirpichnikova The boundary-layer method in diffraction problems, v.3, Springer, Berlin, Heidelberg, (1979) // V.M. Babich, N.Ya. Kirpichnikova, “The boundary layer method in problems diffraction ", t.3, Springer, Berlin-Heidelberg (1979); BJ Botter, J.van Arkel, Circumferential propagation of acoustic boundary waves in boreholes, J.Acoustic.Soc.Am., V.71, p.790 (1982) // B.J. Botter, J. Van Arkel, " Peripheral propagation of acoustic boundary waves in wellbores. ” Journal of the Acoustic Society of America, vol. 71, p. 790 (1982); AFSiggins, ANStokes, Circumferential propagation on elastic waves on boreholes and cylindrical cavities, Geophysics, v.52, p.514 (1987) / A.F. Siggins, A.N. Stokes, “Peripheral propagation of elastic waves in wellbores and in cylindrical cavities ”, Geophysics, vol. 52, p. 514 (1987)]. Mixed surface waves were observed during a laboratory experiment [V. G. Gracinsky, “Study of elastic waves in a wellbore model”. Izv. USSR Academy of Sciences, geophysis. series, vol. 6, p. 322 (1964); VG Gracinsky, “Amplitudes of creeping waves on the surface of a wellbore”. Izv. USSR Academy of Sciences, geophysis. series, vol. 6, p. 819 (1964); P.G. Gilberstein, G.V. Gubanova, “Quasi-creep of compression waves in the case of a concave reflecting boundary”, Izv. USSR Academy of Sciences, Physics of the Earth, p. 48 (1973)]. However, mixed surface waves have not yet been used to study the acoustic aspects of a wellbore. Thus, the invention is the first attempt to create an apparatus capable of exciting and detecting mixed surface waves in a wellbore, and to develop a method capable of providing a tomographic study of the characteristics of a wellbore and formation properties.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Цель изобретения состоит в разработке эффективного метода оценки характеристических свойств как минимум одной из двух контактирующих сред, например, погребенной формации, окружающей ствол скважины, и ствола скважины, а также взаимодействия между ними, например, по стенке ствола скважины.The purpose of the invention is to develop an effective method for assessing the characteristic properties of at least one of two contacting media, for example, the buried formation surrounding the wellbore, and the wellbore, as well as the interaction between them, for example, along the wall of the wellbore.
Соответственно первый аспект изобретения состоит в разработке метода оценки характеристических свойств как минимум одной из двух контактирующих сред, имеющих траекторию поверхности раздела с отличной от нуля эффективной кривизной, при этом как минимум одна из сред представляет собой твердое тело; метод включает в себя шаги по регистрации акустических сигналов, генерируемых при прохождении акустических волн в указанных средах, определение одной или нескольких волновых характеристик смешанных поверхностных волн, распространяющихся вдоль указанной поверхности раздела, на основании зарегистрированных звуковых сигналов, и расчет характеристических свойств как минимум одной из указанных сред и указанного взаимодействия на основе определенных характеристик смешанных поверхностных волн.Accordingly, the first aspect of the invention is to develop a method for evaluating the characteristic properties of at least one of two contacting media having an interface path with a non-zero effective curvature, wherein at least one of the media is a solid; the method includes steps for recording acoustic signals generated by the passage of acoustic waves in these media, determining one or more wave characteristics of mixed surface waves propagating along a specified interface based on the recorded sound signals, and calculating the characteristic properties of at least one of the indicated media and the specified interaction based on certain characteristics of mixed surface waves.
В предпочтительных воплощениях волновые характеристики смешанных поверхностных волн являются как минимум одной из следующих характеристик: время прохождения, величина, обратная скорости волны, и затухание указанных смешанных поверхностных волн. Характеристическими свойствами как минимум одной из указанных сред является как минимум одно из следующих свойств: модули упругости среды; тензоры соответствия среды; скорости волн сжатия или преломленных объемных волн или обоих видов волн в данной среде; градиент упругих свойств в среде; профиль скоростей волн сжатия или преломленных объемных волн или обоих видов волн в данных средах; глубина проникновения зон, в которых в данной среде присутствует градиент упругих свойств, в данные среды; анизотропия данных сред; наличие сосредоточенных неоднородностей среды. Характеристические свойства поверхности раздела представляют собой как минимум один из радиусов геометрической кривизны поверхности раздела и присутствие сосредоточенных неоднородностей в свойствах поверхности раздела.In preferred embodiments, the wave characteristics of mixed surface waves are at least one of the following characteristics: travel time, magnitude inverse to wave velocity, and attenuation of said mixed surface waves. The characteristic properties of at least one of these media is at least one of the following properties: elastic moduli of the medium; environmental compliance tensors; velocities of compression waves or refracted body waves or both types of waves in a given medium; gradient of elastic properties in the medium; velocity profile of compression waves or refracted body waves or both types of waves in these media; the penetration depth of the zones in which a gradient of elastic properties is present in a given medium into these media; anisotropy of these media; the presence of concentrated inhomogeneities of the medium. The characteristic properties of the interface represent at least one of the radii of geometric curvature of the interface and the presence of concentrated inhomogeneities in the properties of the interface.
Еще одна цель изобретения состоит в разработке метода оценки параметров ствола скважины и окружающей формации. Метод включает в себя регистрацию звуковых сигналов, вырабатываемых при прохождении акустических волн и смешанных поверхностных волн, определение одной или нескольких волновых характеристик указанных смешанных поверхностных волн, распространяющихся вдоль стенки ствола скважины на основании зарегистрированных звуковых сигналов и/или расчета характеристических свойств скважинного флюида, и/или окружающей формации, и/или стенки ствола скважины на основании определенных волновых характеристик смешанных поверхностных волн.Another objective of the invention is to develop a method for evaluating wellbore parameters and the surrounding formation. The method includes recording sound signals generated by the passage of acoustic waves and mixed surface waves, determining one or more wave characteristics of these mixed surface waves propagating along the borehole wall based on the recorded sound signals and / or calculating the characteristic properties of the borehole fluid, and / or the surrounding formation and / or borehole wall based on the determined wave characteristics of the mixed surface waves.
В предпочтительных воплощениях этап определения волновых характеристик смешанных поверхностных волн, распространяющихся вдоль стенки ствола скважины, основан на зарегистрированных звуковых сигналах, включает в себя этапы отделения смешанных поверхностных волн от других компонентов обнаруженных звуковых сигналов, а также инвертирование результатов как минимум на одну из следующих позиций: скважинный флюид, формацию и оценку свойств стенки.In preferred embodiments, the step of determining the wave characteristics of the mixed surface waves propagating along the borehole wall is based on the recorded sound signals, includes the steps of separating the mixed surface waves from other components of the detected sound signals, and also inverting the results to at least one of the following positions: well fluid, formation and evaluation of wall properties.
В одном из предпочтительных воплощений метод, кроме того, включает этап возбуждения акустических волн как минимум в одной из следующих позиций: в стволе скважины, в формации и в стенке ствола скважины, - с тем, чтобы обеспечить генерирование смешанных поверхностных волн, распространяющихся вдоль стенки ствола скважины, до регистрации акустических сигналов, генерируемых при прохождении указанных акустических волн и указанных смешанных поверхностных волн.In one preferred embodiment, the method also includes the step of generating acoustic waves in at least one of the following positions: in the wellbore, in the formation and in the wall of the wellbore, so as to ensure the generation of mixed surface waves propagating along the borehole wall wells, before recording acoustic signals generated by the passage of these acoustic waves and these mixed surface waves.
Еще в одном предпочтительном воплощении смешанные поверхностные волны возбуждаются как минимум одним акустическим источником, смещенным относительно оси ствола скважины.In another preferred embodiment, the mixed surface waves are excited by at least one acoustic source offset from the axis of the wellbore.
Еще в одном воплощении смешанные поверхностные волны возбуждаются как минимум одним акустическим источником, располагающимся на оси ствола скважины, проникающей в формацию с градиентом скорости, имеющим компонент в направлении нормали к стенке скважины.In yet another embodiment, the mixed surface waves are excited by at least one acoustic source located on the axis of the wellbore penetrating into the formation with a velocity gradient having a component in the direction normal to the wellbore wall.
Еще в одном воплощении данного аспекта изобретения метод, кроме того, включает этап возбуждения звуковых волн как минимум одним акустическим детектором, который может использоваться для возбуждения звуковых волн, а также этап регистрации звуковых сигналов, генерируемых при прохождении указанных звуковых волн и указанных смешанных поверхностных волн, как минимум одним источником акустического сигнала, который может использоваться для регистрации акустических сигналов.In yet another embodiment of this aspect of the invention, the method further comprises the step of exciting sound waves with at least one acoustic detector that can be used to drive sound waves, as well as the step of detecting sound signals generated when said sound waves and said mixed surface waves propagate, at least one source of acoustic signal that can be used to record acoustic signals.
Еще в одном воплощении данного аспекта изобретения акустические сигналы регистрируются как минимум одним акустическим детектором.In yet another embodiment of this aspect of the invention, acoustic signals are detected by at least one acoustic detector.
Еще в одном воплощении этого аспекта изобретения акустические сигналы регистрируются распределенной азимутально-детекторной матрицей.In yet another embodiment of this aspect of the invention, acoustic signals are recorded by a distributed azimuth detector array.
Еще в одном воплощении данного аспекта изобретения возбуждение акустических волн и регистрация акустических сигналов осуществляется одними и теми же средствами.In yet another embodiment of this aspect of the invention, acoustic waves are excited and acoustic signals recorded using the same means.
Еще в одном воплощении данного аспекта изобретения волновые характеристики смешанных поверхностных волн являются как минимум одной из следующих характеристик - временем прохождения, величиной, обратной скорости волны и затуханию смешанных поверхностных волн.In yet another embodiment of this aspect of the invention, the wave characteristics of mixed surface waves are at least one of the following characteristics — travel time, magnitude, inverse wave velocity, and attenuation of mixed surface waves.
В другом воплощении данного аспекта изобретения указанные характеристические свойства формации представляют собой как минимум одно из следующих свойств: модулей упругости формации; тензоров соответствия формации, скорости объемных волн сжатия и/или волн сдвига в формации; градиента упругих свойств формации; профиля скоростей объемных волн сжатия и/или волн сдвига в формации; градиента скоростей объемных волн сжатия и/или волн сдвига в формации или обеих указанных характеристик; глубины проникновения зон, в которых присутствует градиент упругих свойств в формации, присутствия анизотропии, присутствия сосредоточенных неоднородностей в формации.In another embodiment of this aspect of the invention, said characteristic properties of the formation are at least one of the following properties: elastic moduli of the formation; tensors of formation correspondence, velocity of body compression waves and / or shear waves in the formation; gradient of elastic properties of the formation; velocity profiles of bulk compression waves and / or shear waves in the formation; a velocity gradient of body compression waves and / or shear waves in the formation or both of these characteristics; penetration depths of zones in which there is a gradient of elastic properties in the formation, the presence of anisotropy, the presence of concentrated inhomogeneities in the formation.
Еще в одном воплощении данного аспекта изобретения указанные характеристические свойства скважинного флюида представляют собой как минимум одно из следующих свойств: модулей упругости скважинного флюида; тензоров соответствия скважинного флюида; скоростей объемных волн сжатия и/или волн сдвига в скважинном флюиде, или обеих указанных характеристик.In yet another embodiment of this aspect of the invention, said characteristic properties of the well fluid are at least one of the following properties: elastic moduli of the well fluid; well fluid matching tensors; velocities of body compression waves and / or shear waves in the well fluid, or both of these characteristics.
В другом воплощении данного аспекта изобретения характеристическим свойством стенки ствола скважины является радиус геометрической кривизны.In another embodiment of this aspect of the invention, a characteristic property of the borehole wall is the radius of geometric curvature.
Еще одной целью изобретения является разработка системы параметров оценки ствола скважины, стенки скважины и окружающей формации. Система включает в себя средства регистрации акустических сигналов, генерируемых при прохождении акустических волн, включая смешанные поверхностные волны, распространяющихся вдоль стенки ствола скважины, средства обработки данных для определения одной или нескольких волновых характеристик указанных смешанных поверхностных волн, распространяющихся вдоль стенки ствола скважины на основании зарегистрированных акустических сигналов, и расчета характеристических свойств скважинного флюида, и/или погребенной формации, и/или стенки ствола скважины на основании определенных волновых характеристик смешанных поверхностных волн.Another objective of the invention is the development of a system of parameters for assessing the wellbore, wellbore and surrounding formation. The system includes means for recording acoustic signals generated by the passage of acoustic waves, including mixed surface waves propagating along the borehole wall, data processing means for determining one or more wave characteristics of these mixed surface waves propagating along the borehole wall based on recorded acoustic signals, and the calculation of the characteristic properties of the borehole fluid, and / or buried formation, and / or wall st ol wells based on certain characteristics of the mixed wave of the surface waves.
В одном из предпочтительных воплощений система, кроме того, включает в себя средство возбуждения акустических волн, установленное как минимум в одном стволе скважины, в формации и в стенке ствола скважины с целью генерирования смешанных поверхностных волн, распространяющихся вдоль стенки ствола скважины.In one preferred embodiment, the system further includes acoustic wave excitation means installed in at least one wellbore, in the formation and in the wall of the wellbore, to generate mixed surface waves propagating along the wall of the wellbore.
В предпочтительных воплощениях указанное средство для возбуждения акустических волн включает в себя как минимум один источник звука, смещенный относительно оси ствола скважины.In preferred embodiments, said means for generating acoustic waves includes at least one sound source offset from the axis of the wellbore.
В других предпочтительных воплощениях изобретения указанное средство регистрации акустических волн включает в себя как минимум один источник звука, установленный на оси ствола скважины, проникающего в формацию с градиентом скорости, имеющим компонент, направленный по нормали к стенке ствола скважины.In other preferred embodiments of the invention, said acoustic wave recording means includes at least one sound source mounted on an axis of a wellbore penetrating a formation with a velocity gradient having a component normal to the wall of the wellbore.
В других предпочтительных воплощениях указанное средство регистрации акустических волн включает в себя как минимум один акустический детектор.In other preferred embodiments, said acoustic wave detection means includes at least one acoustic detector.
Кроме того, в предпочтительных воплощениях указанное средство регистрации акустических волн включает в себя азимутально-распределенную детекторную матрицу.Furthermore, in preferred embodiments, said acoustic wave detection means includes an azimuthally distributed detector array.
Кроме того, в предпочтительных воплощениях средство возбуждения звуковых волн может использоваться для регистрации акустических сигналов, а средство регистрации акустических сигналов может использоваться для возбуждения звуковых волн.In addition, in preferred embodiments, the means for exciting sound waves can be used to register acoustic signals, and the means for recording acoustic signals can be used to excite sound waves.
В других воплощениях изобретения средства возбуждения звуковых волн одновременно являются средствами регистрации звуковых сигналов.In other embodiments of the invention, means for exciting sound waves are simultaneously means for recording sound signals.
Прочие аспекты и преимущества изобретения будут видны из следующего описания и прилагаемых заявок.Other aspects and advantages of the invention will be apparent from the following description and the accompanying applications.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
На фиг.1 приведены возможные примеры схем измерения смешанных поверхностных волн: а) с одним источником, одним детектором; b) с одним источником и детекторной матрицей.Figure 1 shows possible examples of measurement schemes for mixed surface waves: a) with one source, one detector; b) with one source and detector matrix.
На фиг.2 приведены другие возможные примеры схем измерения смешанных поверхностных волн: а) с матрицей источников и одним детектором; b) с матрицей источников и детекторной матрицей.Figure 2 shows other possible examples of measurement schemes for mixed surface waves: a) with a matrix of sources and one detector; b) with a source matrix and a detector matrix.
На фиг.3 приведен пример семейства лучей смешанных поверхностных волн (упрощенного за счет того, что в конструкцию входит один источник), образующего сетку на стенке ствола скважины (показаны примеры лучей смешанных поверхностных волн в зависимости от эволюции стенки ствола скважины).Figure 3 shows an example of a family of rays of mixed surface waves (simplified due to the fact that one source is included in the design), forming a grid on the wall of the wellbore (examples of rays of mixed surface waves depending on the evolution of the wall of the wellbore are shown).
На фиг.4 приведен пример, иллюстрирующий возможность использования детекторов в качестве приемников и наоборот.Figure 4 shows an example illustrating the possibility of using detectors as receivers and vice versa.
На фиг.5 приведен пример смещения детектора относительно оси ствола скважины.Figure 5 shows an example of the offset of the detector relative to the axis of the wellbore.
На фиг.6 приведен пример частей форм волны для детекторов, размещенных с различными азимутами. Эксцентриситеты (расстояния до осей ствола скважины) источника (в процентах радиуса ствола): 10% (пунктирная линия), 50% (штрих-пунктирная линия), 90% (сплошная линия).Figure 6 shows an example of parts of waveforms for detectors placed with different azimuths. Eccentricities (distance to the axis of the wellbore) of the source (as a percentage of the radius of the wellbore): 10% (dashed line), 50% (dash-dotted line), 90% (solid line).
На фиг.7 приведена схема примера распространения смешанной поверхностной волны в случае центрированного источника и градиента скорости в формации (смешанные поверхностные волны и их лучи в данном примере показаны с учетом допущения о том, что в формации имеется градиент скорости).Fig. 7 is a diagram of an example of propagation of a mixed surface wave in the case of a centered source and a velocity gradient in the formation (mixed surface waves and their rays in this example are shown taking into account the assumption that the formation has a velocity gradient).
На фиг.8 приведен пример семейства лучей смешанных поверхностных волн на эволюции стенки скважины для случая, изображенного на фиг.7 (при тех же допущениях).On Fig shows an example of a family of rays of mixed surface waves on the evolution of the well wall for the case depicted in Fig.7 (with the same assumptions).
На фиг.9 приведен пример модели (а) и набора волн, полученных от детекторов 3, размещенных по полукругу стенки скважины 2 (…) (b), который указывает на возбуждение смешанных поверхностных волн (вступления 5 и 6 на синтетических волнах, соответствующих смешанным поверхностным волнам, проходящим вдоль лучей, как в случаях 7 и 8).Figure 9 shows an example of a model (a) and a set of waves received from
На фиг.10 приведен пример схемы одного из возможных воплощений аппарата: а) вид сбоку; b) вид сверху.Figure 10 shows an example of a diagram of one of the possible embodiments of the apparatus: a) side view; b) top view.
На фиг.11 приведен пример организованных волн от приемников, расположенных на луче определенной смешанной поверхностной волны.Figure 11 shows an example of organized waves from receivers located on the beam of a specific mixed surface wave.
Описание предпочтительных вариантов изобретенияDescription of preferred embodiments of the invention
В соответствии с изобретением регистрируются акустические сигналы, генерируемые при прохождении звуковых волн как минимум в двух контактирующих средах, имеющих отличную от нуля эффективную кривизну поверхности раздела, включая смешанные поверхностные волны (например, смешанные поверхностные волны, распространяющиеся вдоль стенки ствола скважины). В частности, звуковые волны могут возбуждаться раньше последующей регистрации звуковых сигналов за счет использования источника звука (или матрицы источников) системы, а затем регистрироваться детектором (или детекторной матрицей). Затем на основе зарегистрированных звуковых сигналов и характеристических свойств скважинного флюида определяется одна или несколько волновых характеристик указанных смешанных поверхностных волн, распространяющихся вдоль стенки ствола скважины, а также производится расчет окружающей формации и/или стенок ствола скважины. Расчеты основываются на соответствии между характеристиками распространения смешанных поверхностных волн и свойствами скважинного флюида и/или окружающей формации и/или стенки ствола скважины. Шаг определения волновых характеристик смешанных поверхностных волн, распространяющихся вдоль стенки ствола скважины, с учетом зарегистрированных акустических сигналов может включать шаги по отделению смешанных поверхностных волн от других компонентов обнаруженных акустических сигналов и на инвертировании результатов оценки скважинного флюида и/или формации и/или свойств стенки ствола скважины.In accordance with the invention, acoustic signals are generated generated by the passage of sound waves in at least two contacting media having a non-zero effective curvature of the interface, including mixed surface waves (for example, mixed surface waves propagating along the borehole wall). In particular, sound waves can be excited before subsequent recording of sound signals through the use of a sound source (or source matrix) of the system, and then recorded by a detector (or detector matrix). Then, based on the recorded sound signals and the characteristic properties of the well fluid, one or more wave characteristics of these mixed surface waves propagating along the borehole wall are determined, and the surrounding formation and / or borehole walls are calculated. The calculations are based on the correspondence between the propagation characteristics of mixed surface waves and the properties of the borehole fluid and / or the surrounding formation and / or borehole wall. The step of determining the wave characteristics of the mixed surface waves propagating along the borehole wall, taking into account the recorded acoustic signals, may include the steps of separating the mixed surface waves from other components of the detected acoustic signals and inverting the results of the assessment of the borehole fluid and / or formation and / or properties of the borehole wall wells.
В соответствии с изобретением необходимо регистрировать смешанные поверхностные волны при помощи некой системы, после чего отделить их в звуковом сигнале от других компонентов и инвертировать результаты для физических свойств ствола скважины и формации. Звуковые волны, включая смешанные поверхностные волны, лучше возбуждать до регистрации. Существенными компонентами такой системы являются средства возбуждения звуковых волн - источник звука (или матрица источников) 1, который располагается таким образом, чтобы возбуждать смешанные поверхностные волны, детектор (или детекторная матрица) 3 (фиг.1, 2) (их размещение может варьироваться - не обязательно на стенке скважины) и средства обработки данных (не показаны). Их сочетание позволяет возбуждать и регистрировать смешанную поверхностную волну (или семейство смешанных поверхностных волн, см. фиг.3) на интересующей нас поверхности раздела, например на стенке ствола скважины 2, а также, если поверхностью раздела является стенка ствола скважины, лучи возбужденного семейства смешанных поверхностных волн покроют ее поверхность (фиг.3). Этот подход не ограничивается типом формации и может быть реализован как для изотропных формаций, так и для формаций с внутренней анизотропией. Кроме того, в некоторых вариантах реализации может существовать возможность использования источников в качестве детекторов и наоборот, что позволяет расширить диапазон возможных воплощений (например, использования гидрофонов в качестве источников/приемников) (фиг.4). Возбужденные и зарегистрированные смешанные поверхностные волны распространяются вдоль поверхности раздела и сканируют информацию о физических свойствах формации (например, о кривизне поверхности раздела, значении скорости в формации и/или в скважинном флюиде, градиенте скорости в формации, возможно - информации об анизотропии и т.д.) (фиг.1, 2). Таким образом, зарегистрированные смешанные поверхностные волны содержат важную информацию о скважинном стволе и о формации.In accordance with the invention, it is necessary to register mixed surface waves using a certain system, then separate them in an audio signal from other components and invert the results for the physical properties of the wellbore and formation. Sound waves, including mixed surface waves, are best excited before recording. The essential components of such a system are means of exciting sound waves — a sound source (or source matrix) 1, which is positioned so as to excite mixed surface waves, a detector (or detector matrix) 3 (Figs. 1, 2) (their placement may vary - not necessarily on the wall of the well) and data processing tools (not shown). Their combination allows you to excite and register a mixed surface wave (or a family of mixed surface waves, see figure 3) on the interface we are interested in, for example on the wall of the
Смешанные поверхностные волны распространяются вдоль поверхностей раздела, имеющих эффективную кривизну. Это можно объяснить геометрической кривизной, градиентом скорости или обоими факторами. Примерами являются стенка ствола скважины, трубы, границы слоев формации, поверхность раздела между цементом и формацией, зона проникновения/изменения/повреждения и т.д. Ввиду того, что смешанные поверхностные волны возникают на поверхности раздела между двумя средами, обладающей эффективной кривизной, данная концепция носит общий характер. Таким образом, есть возможность применения изобретения в различных отраслях. Например, в области сейсмических исследований оно может представлять интерес в случае неровных границ между слоями формации или криволинейными границами геологических структур (потенциальное применение в области сейсморазведочных построений), в сейсмологии его можно использовать для обнаружения землетрясений на больших расстояниях (волны проходят вдоль искривленных поверхностей), его также можно использовать для мониторинга дефектов (например, труб в системах транспортировки жидкостей) и т.д. Вкратце варианты применения смешанных поверхностных волн многочисленны и выходят за рамки акустики ствола скважины, которому посвящено данное конкретное изобретение.Mixed surface waves propagate along interfaces having effective curvature. This can be explained by geometric curvature, velocity gradient, or both. Examples are the borehole wall, pipes, formation layer boundaries, interface between cement and formation, penetration / change / damage zone, etc. Due to the fact that mixed surface waves arise at the interface between two media with effective curvature, this concept is general in nature. Thus, it is possible to apply the invention in various fields. For example, in the field of seismic research, it may be of interest in the case of uneven boundaries between formation layers or curved boundaries of geological structures (potential application in the field of seismic surveys), in seismology it can be used to detect earthquakes at large distances (waves travel along curved surfaces), it can also be used to monitor defects (e.g. pipes in fluid transport systems), etc. Briefly, the applications of mixed surface waves are numerous and go beyond the acoustics of the wellbore to which this particular invention is devoted.
Один из возможных путей генерирования смешанных поверхностных волн на стенке ствола скважины 2 состоит в использовании особым образом расположенных источников звука (или матрицы источников) 1 (см. фиг.1, 2). Существует множество вариантов типов источников. Наиболее распространенным является монополярный источник, но могут также использоваться другие источники, например дипольный, квадропольный, прямое возбуждение стенки ствола скважины (например, ударным источником сейсмических сигналов), матрица источников. Размещение источников 1 определяется на основании базовых знаний о физике распространения смешанных поверхностных волн. Например, в формациях без градиента скорости, имеющего компонент, направленный по нормали к стенке ствола скважины 2, источник(и) 1 должны быть смещены относительно оси ствола скважины 4 (фиг.5). Это является существенным, т.к. источник, размещенный на оси ствола скважины, в этом случае не будет возбуждать смешанные поверхностные волны, т.к. обычно источники звука располагаются по центру. В этом случае увеличение эксцентриситета является преимуществом, т.к. при этом облегчается возбуждение смешанных поверхностных волн, а их обнаружение отличается большей точностью и надежностью (фиг.6). Источник 1 вырабатывает звуковой сигнал. Можно одновременно направить единичный сигнал или ряд сигналов (одновременно со всех источников или с некоторой задержкой различными источниками, если используется матрица источников) - опять-таки существует несколько вариантов. Сигнал может представлять собой либо один и тот же сигнал, либо различные сигналы, направленные различными источниками. По достижении стенки ствола скважины 2 сигнал вызывает рост семейства смешанных поверхностных волн. Они распространяются вдоль стенки 2, как изображено на фиг.1, 2, 3. Другим примером являются формации с градиентом скорости вблизи стенки ствола скважины 2. Здесь эффективная кривизна отлична от нуля, даже если отсутствует геометрическая кривизна. Следовательно, в этом случае даже если источник 1, расположенный на оси ствола скважины 4, будет возбуждать смешанные поверхностные волны на стенке ствола скважины 2 (фиг.7), безусловно, лучи смешанных поверхностных волн будут отличаться от предыдущего примера (фиг.8). За счет использования детектора (или детекторной матрицы) 3 возможно обнаружить смешанные поверхностные волны совместно с другими компонентами звукового сигнала (сигналов) (фиг.9b). Каждая обнаруженная смешанная поверхностная волна содержит информацию о поверхности раздела и свойствах формации (например, о кривизне, градиенте скорости и т.д.) вдоль луча ее распространения. Таким образом, данные даже с одного детектора несут ценную информацию о стволе скважины и о формации и могут использоваться в качестве исходных данных при проведении дальнейших этапов. Естественно, чем больше детекторов используется, тем больше информации можно собрать. Имеющуюся информацию о характеристиках ствола скважины и о формации можно расширить, если использовать детекторную матрицу. Также для инвертирования пространственного распределения свойств необходимо собрать данные при помощи детекторной матрицы. Также важно построить решетку из лучей обнаруженных смешанных поверхностных волн от решетки интересующей нас поверхности раздела таким образом, чтобы это обеспечивало "сканирование" стенок ствола скважины 2 с точки зрения свойств ствола скважины и формации (фиг.1b, 2b, 3). Таким образом, при использовании изобретения в области томографии важно применять детекторную матрицу с размещением в виде массива/матрицы. Следует подчеркнуть, что данная компоновка для данного конкретного вида применения делается с конкретной целью возбуждения и обнаружения смешанных поверхностных волн, является новой и представляет собой новое измерение.One of the possible ways of generating mixed surface waves on the wall of the
Для оценки свойств ствола скважины и формации, в первую очередь, необходимо отделить смешанные поверхностные волны от других компонентов звукового сигнала (например, см. фиг.9b) в данных, полученных с демодулятора (или массива демодуляторов). Необходимо исходить из общих представлений (например, определения времени вступления волны, выбора времени или других представлений [J.L.Mari, D.Painter. Signal processing for geologists and geophysicists. Editions Technip (1999)// Ж.Л.Мари, Д.Пейнтер. Обработка сигналов в геологии и геофизике. Editions Technip (1999)]) и разработать методики с учетом физики смешанных поверхностных волн (физики, основанной на выделении/отделении). Это означает надлежащий учет в реализации зависимости свойств смешанных поверхностных волн от таких параметров, как кривизна поверхности раздела, скорости в скважинном флюиде и в формации, градиент скорости и т.д. Следует учитывать, что эти параметры и, следовательно, свойства смешанных поверхностных волн могут изменяться в пределах лучей смешанных поверхностных волн. Также в случае эксцентрически расположенных источников 1 смешанные поверхностные волны проходят по искривленным траекториям по стенке ствола скважины 2 (фиг.1, 2, 4). В качестве примера для отделения/выделения смешанных поверхностных волн можно воспользоваться следующей процедурой. Зная ожидаемые траектории смешанных поверхностных волн, можно собрать и организовать волны от детекторов, расположенных вдоль луча смешанной поверхностной волны (которые, вообще говоря, будут искривляться по линии стенки ствола скважины). Для оценки величин, обратных скорости смешанных поверхностных волн, и времени прохождения можно провести анализ по признакам подобия (см., например, C.V.Kimball, T.L.Marzetta. Semblance processing of borehole acoustic array data, Geophysics, v.49, p.274, 1984 // K.B.Кимбал, Т.Л.Мардзетта. Обработка по признакам подобия данных звукового массива ствола скважины, Геофизика, т.49, с.274, 1984 г.) данных волн надлежащим образом, учитывая физику смешанных поверхностных волн (например, дисперсию смешанных поверхностных волн, зависящую от различных параметров, таких как радиус кривизны и т.д.). Последнее существенно отличается от общих представлений (например, величина, обратная скорости волны, отличается от величины, обратной скорости формации, как в случае головных волн, законы рассеивания отличаются от режимов ствола скважин и т.д.). Можно продумать также другие инновационные методики. Например, можно развернуть обнаруженный сигнал при помощи исходного сигнала, реализовать полную инверсию волны на основании знаний о распространении смешанных поверхностных волн, провести некоторую выборочную обработку звукового сигнала и т.д. После выделения/разделения смешанных поверхностных волн возможно использовать результат этапа инверсии для нахождения интересующих нас свойств. Т.е. данные детектора (или детекторной матрицы) следует инвертировать в интересующие нас свойства. Опять-таки для разработки методик, учитывающих физику смешанных поверхностных волн (инверсию, основанную на физике), следует использовать общие идеи (например, томографию методом трассировки лучей, инверсию волнового поля или другие идеи [А.Tarantola, Inverse Problem Theory and Methods for Model Parameter Estimation, SIAM (2004) // А.Тарантола. Применение теории и методики проблемы инвертирования для оценки параметров модели]). В случае распространения смешанных поверхностных волн одним из важных факторов является то, что на их скорости оказывает влияние кривизна поверхности раздела. Это требует построения инверсионного метода, учитывающего физику смешанных поверхностных волн. Это означает, например, учет зависимости дисперсии смешанных поверхностных волн от кривизны поверхности раздела и градиента скорости (нормаль к поверхности раздела) при подсчете времени прохождения, лучей волны и т.д. Другой возможный подход состоит в использовании инверсии уравнения эйконала смешанной поверхностной волны. Существуют многочисленные возможности, остановимся лишь на некоторых.To assess the properties of the wellbore and formation, first of all, it is necessary to separate mixed surface waves from other components of the sound signal (for example, see Fig. 9b) in the data received from the demodulator (or array of demodulators). It is necessary to proceed from general ideas (for example, determining the time of wave arrival, timing, or other representations [JLMari, D. Painter. Signal processing for geologists and geophysicists. Editions Technip (1999) // J.L. Marie, D. Painter. Signal Processing in Geology and Geophysics. Editions Technip (1999)]) and develop methods taking into account the physics of mixed surface waves (physics based on separation / separation). This means proper consideration in the implementation of the dependence of the properties of mixed surface waves on parameters such as the curvature of the interface, the velocity in the well fluid and formation, the velocity gradient, etc. It should be noted that these parameters and, therefore, the properties of mixed surface waves can vary within the rays of mixed surface waves. Also, in the case of eccentrically located
Информация, необходимая для этапа инвертирования и полученная в результате него, может варьироваться. Примеры этого таковы. Амплитуды и типы смешанных поверхностных волн при распространении через разломы испытывают на себе их влияние. Следовательно, эта информация, полученная в результате измерений смешанных поверхностных волн (обнаружение и выделение/разделение), может использоваться для оценки разломов стенки ствола скважины и инвертирования их свойств. Волна шепчущей галереи, распространяющаяся во флюиде, имеет скорость, соотносящуюся со скоростью скважинного флюида, по очень простой формуле [П.Крауклис, Н.Кирпичникова, А.Крауклис, Д.Писаренко, Т.Жарников. "Смешанные поверхностные волны - природа, моделирование и характеристики", тезисы доклада 69 конференции EAGE, EAGE2007]. Следовательно, информация о времени прохождения и величине, обратной скорости, полученная от единичного детектора или от детекторной матрицы (обнаружение и отделение/разделение) может использоваться для инвертирования величины, обратной скорости бурового раствора. Используя время прохождения смешанных поверхностных волн, измеренного при помощи детектора (или детекторной матрицы) в формации без градиента скорости, направленного по нормали к стволу скважины, можно инвертировать пространственное распределение свойств ствола скважины и формации (например, Vp, карту Vs, и т.д.). Измеренные данные смешанных поверхностных волн можно использовать для инвертирования пространственного распределения физических свойств (например, Vp, Vs) в стволе скважины и в формации. Зависимость величины, обратной скорости и времени прохождения смешанных поверхностных волн на кривизне поверхности раздела, может быть использована для инвертирования этих данных с целью составления карты и определения характеристик каверн в стволе скважины или для описания шероховатости стенки ствола скважины. Следует подчеркнуть, что каковы бы ни были реализации этапов разделения/отделения и инвертирования, чтобы быть корректными, они должны основываться на знании физики смешанных поверхностных волн, и, следовательно, быть инновационными. Другой возможный способ применения состоит в следующем. Первый звуковой сигнал оценивается детектором (детекторами) с учетом допущения о базовой модели кривизны поверхности раздела, площади градиента скорости и т.д. Затем эта оценка сопоставляется с измеренным сигналом. Расхождение может служить индикатором присутствия аномалий на поверхности раздела, расположенной на луче смешанных поверхностных волн (это одна из возможных реализаций этапа инвертирования). На распространение смешанных поверхностных волн влияет градиент скорости и его пространственное распространение. Это позволяет использовать смешанные поверхностные волны для характеристики зон изменения, проникновения, повреждения и других зон, в которых отмечается градиент скорости (глубина проникновения зоны, градиент и профиль скорости). Другой вариант состоит в оценке профиля скорости в формации. Смешанные поверхностные волны также можно использовать для оценки внутренней анизотропии формации. Также свойства распространения смешанных поверхностных волн через сосредоточенные неоднородности свойств (например, кривизны поверхности раздела, скорости, градиента скорости и т.д.) делают измерения смешанных поверхностных волн пригодными для обнаружения границ слоев/пластов и характеристики самих границ и слоев/пластов. Смешанные поверхностные волны также можно использовать для характеристики внутренней анизотропии формации. Распространение смешанных поверхностных волн в зависимости от кривизны поверхности раздела открывает возможности применения смешанных поверхностных волн для определения характеристик геометрии стенок ствола скважины (шероховатость, каверны, размывы, эллиптичность, некруглые стволы скважины и т.д.). Измерения смешанных поверхностных волн также можно применить для создания акустического каверномера, т.к. распространение смешанных поверхностных волн зависит от кривизны поверхности раздела и, следовательно, его можно использовать для измерения изменений диаметра ствола скважины. Это лишь некоторые примеры, и мы подчеркиваем, что существует возможность многочисленных вариантов применения измерений смешанных поверхностных волн. Данный метод также предоставляет разнообразную информацию в зависимости от конкретной реализации. Она зачастую отличается или имеет лучшее качество, нежели информация, которую можно получить другими методами и, следовательно, является новым вариантом применения при исследовании ствола скважины акустическими методами. Естественно, при использовании детекторной матрицы можно получить больше информации, но даже при использовании одиночного сейсмоприемника данный метод позволяет получить ценную информацию. В зависимости от конкретного варианта применения этапов метода можно разработать различные варианты применения смешанных поверхностных волн.The information needed for the inversion step and the resulting result may vary. Examples of this are as follows. The amplitudes and types of mixed surface waves propagating through faults experience their influence. Therefore, this information obtained as a result of measurements of mixed surface waves (detection and isolation / separation) can be used to assess the faults of the borehole wall and invert their properties. The whispering gallery wave propagating in the fluid has a speed corresponding to the speed of the wellbore fluid, according to a very simple formula [P. Krauklis, N. Kirpichnikova, A. Krauklis, D. Pisarenko, T. Zharnikov. "Mixed surface waves - nature, modeling and characteristics", abstract of the 69th EAGE conference, EAGE2007]. Therefore, information about the travel time and the reciprocal of the velocity obtained from a single detector or from the detector matrix (detection and separation / separation) can be used to invert the reciprocal of the drilling fluid velocity. Using the transit time of mixed surface waves measured with a detector (or detector matrix) in a formation without a velocity gradient directed normal to the wellbore, the spatial distribution of the properties of the wellbore and formation (for example, V p , map V s , and t .d.). The measured data of mixed surface waves can be used to invert the spatial distribution of physical properties (e.g., V p , V s ) in the wellbore and in the formation. The dependence of the magnitude, inverse velocity, and travel time of mixed surface waves on the curvature of the interface can be used to invert these data in order to compile a map and determine the characteristics of cavities in the wellbore or to describe the roughness of the wall of the wellbore. It should be emphasized that whatever the implementation of the separation / separation and inversion stages would be, in order to be correct, they should be based on knowledge of the physics of mixed surface waves, and therefore be innovative. Another possible application is as follows. The first sound signal is evaluated by the detector (s) taking into account the assumption of the basic model of the curvature of the interface, the area of the velocity gradient, etc. Then this estimate is compared with the measured signal. The discrepancy can serve as an indicator of the presence of anomalies at the interface located on the beam of mixed surface waves (this is one of the possible implementations of the inversion stage). The propagation of mixed surface waves is affected by the velocity gradient and its spatial distribution. This allows the use of mixed surface waves to characterize zones of change, penetration, damage, and other zones where a velocity gradient is observed (zone penetration depth, gradient and velocity profile). Another option is to evaluate the velocity profile in the formation. Mixed surface waves can also be used to evaluate the internal anisotropy of the formation. Also, the propagation properties of mixed surface waves through lumped heterogeneities of properties (for example, interface curvature, velocity, velocity gradient, etc.) make mixed surface wave measurements suitable for detecting layer / layer boundaries and characterizing the boundaries and layers / layers themselves. Mixed surface waves can also be used to characterize the internal anisotropy of the formation. The propagation of mixed surface waves depending on the curvature of the interface opens up the possibility of using mixed surface waves to determine the characteristics of the geometry of the borehole walls (roughness, cavities, erosions, ellipticity, non-circular boreholes, etc.). Measurements of mixed surface waves can also be used to create an acoustic caliper, because the propagation of mixed surface waves depends on the curvature of the interface and, therefore, it can be used to measure changes in the diameter of the wellbore. These are just a few examples, and we emphasize that there is the possibility of numerous applications for measuring mixed surface waves. This method also provides a variety of information depending on the specific implementation. It is often different or of better quality than the information that can be obtained by other methods and, therefore, is a new application for the study of a wellbore using acoustic methods. Naturally, when using the detector matrix, you can get more information, but even when using a single seismic receiver, this method allows you to obtain valuable information. Depending on the particular application of the method steps, various applications of mixed surface waves can be developed.
Общую структуру представленного изобретения можно проиллюстрировать путем описания одного из возможных воплощений, которое дает возможность распределения акустической скорости на стенке ствола скважины.The general structure of the present invention can be illustrated by describing one of the possible embodiments, which allows the distribution of acoustic velocity on the wall of the wellbore.
В соответствии с концепцией воплощение изобретения состоит из системы и метода. Целью является составление томографических характеристик стенки ствола скважины 2, а двумя существенными компонентами (см. фиг.9) являются источники звука 1, размещенные таким образом, чтобы возбуждать смешанные поверхностные волны, и детекторная матрица 3. Система может состоять только из источника звука, смещенного относительно оси ствола скважины 4 (что является новым местом для размещения источника) и азимутально распределенной детекторной матрицы 3, укрепленной на некоей раме 9. Данная схема изображена на фиг.10. Существуют многочисленные примеры возможных источников звука. Это может быть монополярный пьезоэлектрический передатчик, дипольный источник, ударный источник сейсмических сигналов (который непосредственно возбуждает смешанные поверхностные волны на стенке ствола скважины) и т.д. В качестве детекторов можно использовать, например, трехкомпонентные сеисмоприемники или акселерометры, касающиеся стенки ствола скважины. Это лишь один из вариантов, и все приведенные выше комментарии о широком диапазоне возможных вариантов воплощений имеют силу. Также стоит упомянуть, что в соответствии с концепцией в зависимости от реализации может быть возможным использовать источники как приемники и наоборот или использовать один элемент для выполнения обеих этих функций. Это позволит увеличить объем данных без расширения состава аппаратуры. Например, при использовании гидрофонов в качестве источника (источников) и приемников их можно переключить. Например, позволить всем новым источникам (бывшим приемникам) излучать звуковые сигналы отдельно. Это приведет к тому, что приемник (бывший источник) обнаружит распространение смешанных поверхностных волн в противоположном направлении (фиг.10).In accordance with the concept, an embodiment of the invention consists of a system and method. The goal is to compile the tomographic characteristics of the
Работу аппаратуры можно схематически представить следующим образом. Первое - эксцентрически расположенный источник звука 1 излучает звуковой сигнал в скважинном флюиде и возбуждает распространение поля звуковой волны (фиг.1b). Распространяясь, это волновое поле наталкивается на стенку ствола скважины 2. Ввиду эксцентрического расположения источника возрастает распространение поверхностных волн по лучам, определяемым по правилам лучевого приближения [V.M.Babich, V.S.Buldyrev, Short-wavelength diffraction theory (asymptotic methods). Springer-Verlag (1990) // B.M.Бабич, В.С.Булдырев. Теория дифракции коротких волн (асимптотические методы). Springer-Verlag (1990)]. Они схематически изображены на фиг.3. По причине естественной кривизны ствола скважины эти части также имеют геометрическую кривизну (фиг.1b). Таким образом, генерируются смешанные поверхностные волны. Они начинают распространяться вдоль стенки ствола скважины 2 по этим лучам. Затем при помощи детекторной матрицы 3 можно обнаружить поле звуковой волны. Пример волны давления представлен на фиг.9b (примеры вступлений смешанных поверхностных волн показаны как поз. 5 и 6). Можно увидеть, что помимо смешанных поверхностных волн регистрируются и другие компоненты волнового поля. Для иллюстрации того, что эксцентрически расположенный источник является существенным компонентом, на фиг.6 представлены волны давления с различными источниками эксцентриситета. Можно легко увидеть, что амплитуды смешанных поверхностных волн уменьшаются, и с уменьшением эксцентриситета ухудшается точность обнаружения вступления смешанных поверхностных волн. Также в соответствии с концепцией изобретения детекторы следует располагать таким образом, чтобы лучи смешанных поверхностных волн образовывали решетку на стенке ствола скважины, что позволит решить проблему инвертирования. Детекторная матрица описанной системы удовлетворяет данному требованию (фиг.1b, 3, 9, 10). Это хорошо видно на фиг.3, на которой представлены расположения детекторов на закруглении стенки ствола скважины, а также лучи смешанных поверхностных волн.The operation of the equipment can be schematically represented as follows. First, an eccentrically located
Средство обработки данных (не показано) для определения одной или нескольких характеристик распространения указанных смешанных поверхностных волн вдоль ствола скважины на основании зарегистрированных звуковых сигналов и расчета характеристических свойств скважинного флюида и/или погребенной формации и/или стенки ствола скважины на основании определенных волновых характеристик смешанных поверхностных волн может представлять собой любое средство обработки данных, позволяющее осуществлять шаги, закодированные в виде исполняемых компьютером инструкций. Например, средством обработки данных может быть персональный компьютер, сервер или подобные устройства.A data processing tool (not shown) for determining one or more propagation characteristics of these mixed surface waves along the wellbore based on recorded sound signals and calculating the characteristic properties of the wellbore fluid and / or buried formation and / or borehole wall based on the determined mixed surface wave characteristics waves can be any data processing tool that allows you to carry out steps encoded as executable to mpyuterom instructions. For example, the data processing means may be a personal computer, server, or similar device.
Что касается метода, в примере данного воплощения цель состоит в нахождении распределения скоростей по акустическому каротажу (Vp, Vs) на стенке ствола скважины. В соответствии с изобретением для этого необходимо выделить/разделить смешанные поверхностные волны в обнаруженном звуковом сигнале и инвертировать эти данные, полученные от детекторной матрицы в скорости по акустическому каротажу. Одной из простейших реализации этапа разделения является использование описанной выше процедуры. То есть организация волн, зарегистрированных детекторами на приближенном луче той же смешанной поверхностной волны (фиг.11) и применение анализа по признакам подобия (см., например, C.V.Kimball, T.L.Marzetta, Semblance processing of borehole acoustic array data. Geophysics, v.49, p.274, 1984 // K.B.Кимбал, Т.Л.Мардзетта. Обработка по признакам подобия данных звукового массива ствола скважины. Геофизика, т.49, с.274, 1984 г.) с учетом физики смешанных поверхностных волн. Это означает внесение поправок на зависимость траектории, скорости, дисперсии и т.д. смешанной поверхностной волны от различных параметров, например от радиуса кривизны луча смешанной поверхностной волны, частоты сигнала и т.д. [И.А.Молотков, П.В.Крауклис. Смешанные поверхностные волны на границе раздела упругой среды и жидкости. Известия Акад. Наук СССР, Физика твердого тела, т.9 (1970); П.Крауклис, Н.Кирпичникова, А.Крауклис, Д.Писаренко, Т.Жарников, "Смешанные поверхностные волны - природа, моделирование и характеристики", тезисы доклада 69 конференции EAGE, EAGE2007] при расчете признаков подобия. Например, в случае отсутствия градиента скорости в формации фазовая скорость ползущей волны Р (1 мод) зависит от частоты сигнала, скорости волны в объеме и радиуса эффективной кривизны. В этом случае действует примерная формула:As for the method, in the example of this embodiment, the goal is to find the velocity distribution of the acoustic logging (V p , V s ) on the wall of the wellbore. In accordance with the invention, for this it is necessary to isolate / separate the mixed surface waves in the detected sound signal and invert these data received from the detector matrix in speed by acoustic logging. One of the simplest implementations of the separation step is to use the procedure described above. That is, the organization of waves recorded by the detectors on the approximate beam of the same mixed surface wave (Fig. 11) and the use of similarity analysis (see, for example, CVKimball, TLMarzetta, Semblance processing of borehole acoustic array data. Geophysics, v. 49, p.274, 1984 // KBKimbal, TLMarzetta, Processing according to the similarity data of the sound array of a wellbore, Geophysics, vol. 49, p. 274, 1984) taking into account the physics of mixed surface waves. This means making corrections for the dependence of the trajectory, velocity, dispersion, etc. mixed surface wave from various parameters, for example, from the radius of curvature of the beam of a mixed surface wave, signal frequency, etc. [I.A. Molotkov, P.V. Krauklis. Mixed surface waves at the interface between an elastic medium and a liquid. Izvestia Akad. USSR Sciences, Solid State Physics, vol. 9 (1970); P. Krauklis, N. Kirpichnikova, A. Krauklis, D. Pisarenko, T. Zharnikov, "Mixed surface waves - nature, modeling and characteristics", abstracts of the 69th conference EAGE, EAGE2007] when calculating signs of similarity. For example, in the absence of a velocity gradient in the formation, the phase velocity of the creeping wave P (1 mode) depends on the frequency of the signal, the velocity of the wave in the volume, and the radius of the effective curvature. In this case, the approximate formula is:
где VP - скорость сжатия в формации, f означает частоту сигнала, Rb - радиус ствола скважины, 
Наконец, изобретение не только вводит новую систему и дает возможности многочисленных возможных измерений, но также представляет собой новый вид применения акустических исследований ствола скважины, как одного из примеров воплощения изобретения. То есть определение томографических характеристик ствола скважины и формации дает информацию, которую не способен дать никакой другой метод.Finally, the invention not only introduces a new system and enables numerous possible measurements, but also represents a new type of application for acoustic research of a wellbore, as one example of an embodiment of the invention. That is, the determination of the tomographic characteristics of the wellbore and formation provides information that no other method is capable of.
По сути концепция смешанных поверхностных волн носит общий характер, и можно прогнозировать множество других вариантов ее применения. Например, в принципе можно использовать акустические измерения и концепцию смешанных поверхностных волн для обнаружения и оценки разломов, измерения замедления движения бурового раствора, определения характеристик зон изменения/проникновения/повреждения, оценки анизотропии формации, выявления и определения характеристик слоев, пластов и т.д. Использование измерений смешанных поверхностных волн является новым способом выполнения этих задач и может дать преимущества по сравнению с существующими методиками.In fact, the concept of mixed surface waves is of a general nature, and many other variants of its application can be predicted. For example, in principle, acoustic measurements and the concept of mixed surface waves can be used to detect and evaluate faults, measure mud retardation, characterize change / penetration / damage zones, evaluate formation anisotropy, identify and characterize layers, formations, etc. The use of measurements of mixed surface waves is a new way to perform these tasks and can provide advantages over existing methods.
Хотя изобретение описано для ограниченного числа воплощений, специалисты, обладающие квалификацией в данной отрасли, проработают другие воплощения изобретения, которые не выходят за рамки объема изобретения, описанного в настоящем документе. Соответственно объем изобретения следует ограничить только прилагаемыми заявками.Although the invention has been described for a limited number of embodiments, those skilled in the art will work out other embodiments of the invention that are not outside the scope of the invention described herein. Accordingly, the scope of the invention should be limited only by the attached applications.
Claims (26)
- модули упругости среды;
- тензоры соответствия среды;
- скорости волн сжатия или преломленных объемных волн или обоих видов волн в данной среде;
- градиент упругих свойств в среде;
- профиль скоростей волн сжатия или преломленных объемных волн, или обоих видов волн в данных средах;
- глубины проникновения зон, в которых в данной среде присутствует градиент упругих свойств, в данные среды;
- анизотропия данных сред;
- наличие сосредоточенных неоднородностей среды.4. The method according to claim 1, in which these characteristic properties of these environments are at least one of the following characteristics:
- moduli of elasticity of the medium;
- tensors of correspondence of the environment;
- velocities of compression waves or refracted body waves or both types of waves in a given medium;
- gradient of elastic properties in the medium;
- velocity profile of compression waves or refracted body waves, or both types of waves in these media;
- the depth of penetration of zones in which in this medium there is a gradient of elastic properties into these media;
- anisotropy of these media;
- the presence of concentrated inhomogeneities of the medium.
регистрацию акустических сигналов, генерируемых прохождением акустических волн как минимум в одной из позиций: в стволе скважины, в формации и в стенке ствола скважины, и смешанных поверхностных волн, распространяющихся вдоль стенки ствола скважины, определяющей одну или несколько волновых характеристик указанных смешанных поверхностных волн, распространяющихся вдоль стенки ствола скважины, на основании зарегистрированных звуковых сигналов, и расчет характеристических свойств скважинного флюида, и/или окружающей формации, и/или стенки ствола скважины на основании определенных волновых характеристик смешанных поверхностных волн.6. A method for evaluating the parameters of the borehole fluid, the wall of the borehole and the surrounding formation, a method including:
registration of acoustic signals generated by the passage of acoustic waves in at least one of the positions: in the wellbore, in the formation and in the wall of the wellbore, and mixed surface waves propagating along the wall of the wellbore, which determines one or more wave characteristics of these mixed surface waves propagating along the borehole wall, based on recorded sound signals, and calculating the characteristic properties of the borehole fluid and / or surrounding formation, and / or ki wellbore based on certain wave characteristics of mixed surface waves.
- модули упругости формации;
- тензоры соответствия формации;
- скорости объемных волн сжатия и/или волн сдвига в формации;
- градиент упругих свойств формации;
- профиль скоростей объемных волн сжатия, или волн сдвига, или обоих видов волн в формации;
- градиент скорости объемных волн сжатия, или волн сдвига, или обоих видов волн в формации;
- глубины проникновения зон в формации, в которых присутствует градиент упругих свойств;
- анизотропия формации;
- наличие сосредоточенных неоднородностей в свойствах формации.16. The method according to claim 6, in which these characteristic properties of the formation are at least one of the following properties:
- elastic moduli of the formation;
- formation conformity tensors;
- velocities of volumetric compression waves and / or shear waves in the formation;
- gradient of the elastic properties of the formation;
- velocity profile of bulk compression waves, or shear waves, or both types of waves in a formation;
- the velocity gradient of body compression waves, or shear waves, or both types of waves in the formation;
- the depth of penetration of zones in the formation, in which there is a gradient of elastic properties;
- formation anisotropy;
- the presence of concentrated heterogeneities in the properties of the formation.
- модули упругости скважинного флюида;
- тензоры соответствия скважинного флюида;
- скорости объемных волн сжатия, или волн сдвига, или обоих видов волн в скважинном флюиде.17. The method according to claim 6, in which the specified characteristic properties of the well fluid is at least one of the following properties:
- the elastic moduli of the well fluid;
- well fluid matching tensors;
- velocities of volumetric compression waves, or shear waves, or both types of waves in the borehole fluid.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010123060/03A RU2439317C1 (en) | 2007-11-19 | 2008-05-26 | Evaluation method and system of characteristic properties of two contacting media and boundary surface between them considering mixed surface waves propagating along their boundary surface |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007000633 | 2007-11-19 | ||
| RUPCT/RU2007/000633 | 2007-11-19 | ||
| RU2010123060/03A RU2439317C1 (en) | 2007-11-19 | 2008-05-26 | Evaluation method and system of characteristic properties of two contacting media and boundary surface between them considering mixed surface waves propagating along their boundary surface |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2439317C1 true RU2439317C1 (en) | 2012-01-10 |
Family
ID=45784131
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010123060/03A RU2439317C1 (en) | 2007-11-19 | 2008-05-26 | Evaluation method and system of characteristic properties of two contacting media and boundary surface between them considering mixed surface waves propagating along their boundary surface |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2439317C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2613381C1 (en) * | 2013-03-15 | 2017-03-16 | Фмс Конгсберг Сабси Ас | Method for determining boundaries of water-cement between pipes in hydrocarbon well |
-
2008
- 2008-05-26 RU RU2010123060/03A patent/RU2439317C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2613381C1 (en) * | 2013-03-15 | 2017-03-16 | Фмс Конгсберг Сабси Ас | Method for determining boundaries of water-cement between pipes in hydrocarbon well |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2009067041A1 (en) | Method and system for evaluating the characteristic properties of two contacting media and of the interface between them based on mixed surface waves propagating along the interface | |
| Wang et al. | Finite-difference modeling of elastic wave propagation: A nonsplitting perfectly matched layer approach | |
| US9086508B2 (en) | Use of an effective tool model in sonic logging data processing | |
| Cheng et al. | Elastic wave propagation in a fluid-filled borehole and synthetic acoustic logs | |
| CN109563736B (en) | System and method for characterizing a subterranean formation | |
| US7652950B2 (en) | Radial profiling of formation mobility using horizontal and vertical shear slowness profiles | |
| US7463550B2 (en) | Stoneley radial profiling of formation shear slowness | |
| Haldorsen et al. | Borehole acoustic waves | |
| US7623412B2 (en) | Anisotropy measurement while drilling | |
| Bodet et al. | Surface-wave inversion limitations from laser-Doppler physical modeling | |
| Prioul et al. | Forward modeling of fracture-induced sonic anisotropy using a combination of borehole image and sonic logs | |
| US6845325B2 (en) | Global classification of sonic logs | |
| Wang et al. | Wavefield simulation and data-acquisition-scheme analysis for LWD acoustic tools in very slow formations | |
| US20150285936A1 (en) | System and Methodology for Determining Fracture Attributes in A Formation | |
| US11215035B2 (en) | Method to predict reservoir formation permeability using combined acoustic and multi-frequency dielectric measurements | |
| Zheng et al. | A theoretical investigation of acoustic monopole logging-while-drilling individual waves with emphasis on the collar wave and its dependence on formation | |
| Xu et al. | Inversion of the shear velocity of the cement in cased borehole through ultrasonic flexural waves | |
| US20130325427A1 (en) | Methods and systems for computing notional source signatures from near-field measurements and modeled notional signatures | |
| US20190346581A1 (en) | Methods for determining transversely isotropic-elastic constants from borehole sonic velocities in strongly transversely-isotropic formations | |
| US10613242B2 (en) | Azimuthal determination of subterranean acoustic reflectors | |
| Haldorsen et al. | Decomposing full-waveform borehole acoustic data with application to data from a North Sea well | |
| Walker et al. | Logging services: Towards the 3D measurement of formation properties in high-resolution with a continuous depth of investigation | |
| Plona et al. | Slowness-frequency projection logs: A new QC method for accurate sonic slowness evaluation | |
| Klieber et al. | A calibration-free inversion algorithm for evaluating cement quality behind highly contrasting steel pipe | |
| Huang et al. | Fast-forward modeling of compressional arrival slowness logs in high-angle and horizontal wells |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120527 |