Многочисленные зарубежные публикации о методических возможностях сканеров АК-цементометрии свидетельствуют о регистрации в цементном камне вертикальных каналов, угловая раскрытость которых составляет 45° [81, 139, 140]. Такое значение угла соответствует характеристике направленности преобразователей "излучатель-приемник". Можно предположить, что реальная раскрытость фиксируемых каналов находится вблизи существенно меньших углов, равных примерно 30°. Принципиально возможны измерения с помощью всех сканеров внутреннего диаметра обсадной колонны с погрешностью ±(0,1 - 0,5) мм. По материалам сканера USI фирмы Schlumberger толщина обсадной колонны определяется по времени ее реверберации на резонансной частоте с погрешностью ± 0,1 мм. В рекламе отечественного сканера АРКЦ-Т-1 указаны возможности решения тех же задач [68]. Публикации, раскрывающие эти возможности, авторами обзора не встречены.
В отечественных приборах АК-цементометрии до сих пор применяется преимущественно аналоговая регистрация первичной информации. Обычно регистрируют 3 кривых: амплитуды (пиковые) Ацк или эффективное затухание aцк волны по колонне (волны Лэмба) в фиксированном временном окне, положение которого определяется значением DtL = 183-187 мкс/м в обсадной трубе; интервальное время Dtп и амплитуды Ап или затухание aп первых вступлений упругих волн, распространяющихся в породах. Обычно это колебания наиболее высокоскоростной волны, превосходящие по амплитуде минимальный порог регистрации для данного типа скважинного прибора. Подразумевается, что в интервалах залегания пород, в которых vL><Vp, эти колебания принадлежат Р волне.
Регистрацией кривых Dtn и aп возмещалась невозможность повсеместной регистрации полномасштабных ФКД из-за отсутствия общедоступней цифровой вычислительной техники. С начала 70-х годов, когда началось освоение методики, на основе перечисленных сведений выдавались на качественном уровне заключения о сцеплении цемента с обсадной колонной и горными породами. Они (заключения) включали три градации: отсутствие сцепления цемента с колонной (свободная колонна), частичное сцепление цемента с колонной, хорошее сцепление цемента с колонной. Последняя градация предусматривает (особенно в последнее время после многих упрощений) вовсе необязательное заключение о сцеплении цемента с горными породами. Особенно велика доля заключений о частичном сцеплении, которое может включать в себя, в том числе, невысокое качество материалов АК-цементометрии и, как противоположность, неудовлетворительное качество тампонажных работ.
Оцифровка в каротажной лаборатории первичных данных АК-цементометрии (кривых aцк, Dtп , aп) и появление многочисленных отечественных цифровых программ обработки и интерпретации этих кривых закрепляют положение, достигнутое в прошедшие годы, и не предоставляют новых методических решений.
6. ДРУГИЕ ВИДЫ АКУСТИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ И ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ГОРНЫЕ ПОРОДЫ В НЕФТЕГАЗОВЫХ СКВАЖИНАХ
Появление конструкций электроакустических преобразователей, способных работать в скважинных условиях, повлекло за собой по- пытки их применения для решения задач, аналоги которых были освоены в других технических областях. К ним относятся интенсификация и определение интервалов притоков флюидов в скважину, определение её геометрических размеров, а также размеров горных выработок, выявление неоднородностей в межскважинном пространстве. Поиски путей решения этих задач были естественными, так как они требовали более простых схемотехнических решений, нежели измерения с приемлемой точностью скоростей распространения и затухания информативных L, P, S, St волн. Положительные результаты поисков и выявленные особенности проведения работ привели со временем к обособлению технических и методических средств решения этих задач. Они получили названия акустической шумометрии, локации подземных полостей, межскважинного прозвучивания и акустического воздействия (интенсификации притоков).
Из перечисленных аппаратурно-методических комплексов достойное развитие получили акустическая шумометрия и акустическое воздействие. Локация подземных полостей и скважин большого диаметра выполняется эпизодически, а межскважинное акустическое прозвучивание не вышло из стадии опытно-методического опробования.
Простота датчика шумометрии, представляющего собой обычный гидрофон (пьезокерамическая сфера или цилиндр), обуславливает широкое распространение приборов (модулей) акустической шумометрии. Ими владеют практически все зарубежные (noise logging) и отечественные организации (акустическая шумометрия, акустический шумовой каротаж), выполняющие промысловые исследования скважин.
Отечественные приборы шумометрии существуют в двух вариантах. Первый, более обширный, включает отдельные или комплексные (содержащие другие, помимо гидрофона, датчики) модули, которые входят в состав комбинированных сборок для промысловых исследований действующих скважин [11, 21, 53 и др.]. Они обладают такими же эксплуатационными характеристиками, как и другие модули сборок. К этой группе принадлежит также большое количество макетов приборов (модулей) акустической шумометрии, изготовленных производственными организациями. Второй вариант изготовления составляют модули шумометрии, которые входят в состав приборок АК-цемептометрии [42, 52, 53] Обычно это видоизменённый за счёт подключения различных фильтров один из каналов (приёмников) измерительного зонда, которым выполняют в процессе отдельной спускоподъёмной операции измерения шума при выключенном излучателе (излучателях) прибора.
Измерения приборами акустической шумометрии выполняются, как правило, дважды. Материалы непрерывных исследований используются для выделения мест поступления в скважину пластовых флюидов в интервалах перфорации и через дефекты обсадной колонны, а также межпластовых перетоков флюидов за колонной. Дискретные измерения, на каждое из которых затрачивается 2-3 мин, предназначены для идентификации типа флюида. Для этого изучается спектр шумов в диапазоне от 0 до 6 кГц; в разных приборах спектр шумов разделяется для этого на 4-11 диапазонов [21, 42, 53, 73, 139 и др.]. Исследования заколонных перетоков выполняют также в условиях, когда на устье скважины создается дополнительное давление с целью исключения влияния микрозазоров между обсадной колонной и цементным камнем [30].
6.2. Акустическое воздействие на продуктивные пласты (интенсификация дебитов)
В основе метода лежит ряд физических процессов, протекающих в насыщенной пористой среде под действием относительно мощного акустического поля частотой от десятков герц до нескольких килогерц. Такие поля создают электроакустические преобразователи приборов ААВ-320 [23], Приток и Скиф-4М [18], опускаемых в интервал перфорации через НКТ, либо прибора большего диаметра (104 мм), например, Приток-1 [49], воздействие которым выполняют при поднятых НКТ в остановленных скважинах. Последний прибор создает в импульсе давление упругого воздействия, равное 10 МПа. Источником упругой энергии в приборах акустического воздействия служат магнитострикционные и пьезоэлектрические преобразователи [18, 23, 28] или электрические разряды, инициируемые в жидкости сжиганием калиброванной проволочки [18, 49]. Считается [18, 49], что импульсный режим более благоприятен для акустического воздействия, так как при этом излучается более широкий спектр частот. В противоположность этим работам в [30] настойчиво проводится мнение, что те же результаты можно получить с помощью слабых акустических полей, возбуждаемых обычными приборами АК малого диаметра, спускаемыми через НКТ.
Учитывая малую глубинность акустического воздействия, которую большинство разработчиков оценивают в единицы метров, основным следствием воздействия является очистка призабойной зоны от кольматирующих включений - механических частиц, отложений высокомолекулярных углеводородов и минеральных солей, пузырьков газа, выделяющихся при снижении пластового давления ниже давления насыщения. Важное значение имеют также физические процессы, усиливающиеся под воздействием акустических полей, - изменение сил поверхностного натяжения и разрушение двойного электрического слоя в капиллярах, турбулизация и повышение скорости фильтрации жидкости в порах, акустический разогрев жидкости, уменьшающий её вязкость, и др. [12, 23, 40]. Интересное объяснение увеличения дебитов, учитывающее нелинейное реологическое поведение углеводородов, предлагается в работе [37]. Рассматривая поведение тиксотропных жидкостей, автор считает, что слабые по сути акустические (вибрационные) воздействия резко уменьшают динамическую вязкость нефтей и играют роль спускового механизма, инициирующего последующее действие градиента пластового давления, во много раз превышающее по мощности и создаваемым напряжениям акустическое воздействие.
В работе [49] развивается идея упругого воздействия на породы резонансных частот, способствующих очистке прискважинной зоны от загрязнений и созданию в коллекторе новых пор (наверное, межпоровых каналов) и трещин. Возбуждение потоков жидкости на резонансных частотах, которые находятся в диапазоне частот 0,1-103 Гц, происходит также на значительном удалении от скважины. Отмечено увеличение дебитов в соседних скважинах, расположенных в радиусе одного километра от обрабатываемой скважины.