|
Спектральная шумометрия при контроле гидродиномического потока в скважине Казанский государственный университет Научный руководитель: Овчинников Марат Николаевич, кандидат физ.-мат. наук Явление гидродинамического звукообразования в скважине связано с неоднородностями потока жидкости и упругими колебаниями стенок канала, в котором движется поток. В зависимости от скорости потока и структуры каналов явление звукообразования можно разделить на два уровня. К первому уровню относится звукообразование в длинных вертикальных трубах – обсадная колонна и насосно-компрессорные трубы ствола скважины. Второй уровень данного явления определяется фильтрационным потоком в капиллярно-пористой среде – коллекторах углеводородного сырья. Исследования гидродинамических шумов в скважинах позволяют решать различные технологические задачи, по которым традиционные геофизические методы не всегда дают однозначные ответы. Важным шагом в расширении функциональных возможностей шумометрии является разработка метода спектральной шумометрии, в котором кроме измерения уровня гидродинамического шума предусматривается и спектральный анализ шумов. Неоднородности потока в стволе скважины представляют собой турбулентный режим течения жидкости. В то время как неоднородности фильтрационного потока, имеющего в общем случае ламинарный режим течения, обязаны вихреобразованию на шероховатых стенках капилляров. Акустические характеристики гидродинамических шумов для данных условий связаны со скоростью и структурой неоднородностей потока, а так же конфигурацией и стенками каналов. Гидродинамическая ситуация в скважине может быть усложнена дополнительными потоками, которые связаны с движением жидкости в перфорационных отверстиях и нарушениях труб, по заколонному пространству при перетоках, а так же по трещинам в цементном камне и кавернозным полостям. Акустические шумы для этих дополнительных ситуаций в скважине имеют промежуточные характеристики между параметрами излучения турбулентного потока в трубах и фильтрационного потока в коллекторах. Акустическое излучение в скважине необходимо характеризовать двумя параметрами – это спектральным распределением гидродинамических шумов и зависимостью амплитуды шума от скорости потока жидкости. На рис.1 представлены унифицированные спектры шумов для наиболее характерных режимов потока в скважине. Акустическое излучение для фильтрационного потока имеет спектр шумов в более высокой области частот от единицы до десятка килогерц. Причем, частота излучения полностью определяется структурой коллектора. Для трещиноватого коллектора спектр шумов имеет частоты единицы килогерца. С уменьшением породообразующих частота излучения фильтрационным потоком возрастает. Акустическое излучение фильтрационным потоком в трещиновато-пористом коллекторе может быть представлено в рамках модели гидроупругого взаимодействия между флуктуациями давления в капиллярах и механическими колебаниями породообразующих частиц. Подтверждение гидроупругой модели излучения фильтрационным потоком связано с тем, что вид флюида – жидкость, газ и скорость фильтрации практически не влияют на основную частоту спектра шумов.
рис. 1 Зависимость амплитуды гидродинамического шума от скорости потока описывается степенной функцией. Для турбулентного потока эта зависимость представлена кривой 1, а для фильтрационного потока – кривой 3. Необходимо отметить, что уровень звукового давления при излучении турбулентного потока в трубах на порядок выше, чем уровень шумов от фильтрационного потока. К тому же для фильтрационного потока при малых скоростях имеется “зона молчания”, то есть только после достижения определенного значения скорости возникает акустическое излучение в коллекторе. Данные экспериментальные исследования положены в основу метода скважинной спектральной шумометрии [1]. Основываясь на экспериментальных исследованиях гидродинамического звукообразования в скважине, спектр шума потока можно разделить на три частотные полосы. Поток жидкости в трубах (колонна, НКТ), создает шум в полосе частот до 100 Гц. При движении потока по кавернозным и трещиноватым средам спектр шумов имеет максимум в пределах от 100 до 2000 Гц. Спектр шума фильтрационного потока в породах-коллекторах лежит в полосе 2-20 кГц.Отмеченные закономерности гидродинамического звукообразования в скважине позволяют с помощью спектрального разделения шумов различных источников определить режим течения жидкости и местоположение потока, а именно, выявить работающие интервалы пластов, в том числе на неперфорированных участках, заколонные перетоки, микроциркуляцию между пластами, а также контролировать техническое состояние скважины и подземного оборудования. На данном этапе исследований реализуется аппаратурная часть метода спектральной шумометрии. |
| (c) АСФ России, 2001 |