Акустична шумометрія

Метод шумометрії заснований на вивченні розподілу за глибиною свердловини інтенсивності “природних” механічних коливань середовищ, які супроводжують різні технологічні процеси, у тому числі переміщення рідини і газу по пласту, заколонному просторі і т.п.

Джерелом шуму під час руху газу або рідини є турбулентність їх потоків. Інтервалами з найбільш розвинутою турбулентністю потоків є місця сполучення свердловини з пластом. В структурі турбулентності струменю рідини виділяють дві його складові – поздовжню (акустичну) і поперечну вихрову. Акустична енергія турбулентності струменю передається у зовнішнє середовище, неакустична (вихрева) – швидко загасає з відстанню. Інтенсивність (потужність) шуму пропорційна швидкості турбулентного руху флюїду (середньої швидкості V окремих елементарних об’ємів середовища). Частота коливань f_n середовища, при якій спостерігається максимум спектра шуму, пропорційна V².

Оскільки ефект, що реєструється, пов’язаний з акустичною складовою турбулентності струменю, то шум виникає при тих же числах Рейнольда (R_e), при яких появляється турбулентність струменю в круглій гладкій трубі при R_e=3×10³, а в міжтрубному просторі (за насосно-компресорними трубками) при R_e=2,3×10².

При проведенні методу шумометрії вимірюють потужність (або амплітуду) шуму S_і в окремих спектральних інтервалах або сумарну потужність S по діапазону спектра. Оскільки залежність S від швидкості руху потоку V_стр ступенева (S=Vⁿ_стр), то має місце лінійний зв’язок між lgS і V_стр, а тому прийнято реєструвати амплітуду шуму в lgS. Це забезпечує пряму пропорційність площини аномалії lgS і дебіту, який одержують із цього інтегралу.

Характер припливу рідини (одно- або двофазної) впливає на форму спектру шуму.

Шуми в діапазоні 10-100 Гц обумовлені вихровими рухами флюїдів у потоці, які утворюються за рахунок зміни напрямку руху пласт – свердловина. В цей же частотний інтервал попадає основна частина коливань, пов’язаних з роботою геофізичного підйомника, а тому цей діапазон не має практичного значення.

Для частоти максимуму спектра відома формула f_max»V/l – кінематична в’язкість; l – характеристичний масштаб турбулентності струменю. Наближені значення кінематичної в’язкості води і газу при тисках рівних або вище n×10 МПа, призводять до наближення розміщення максимумів спектрів шумів при двофазній течії води і газу. Максимум рівня шуму напроти пластів з однорідним припливом флюїду (газ або вода) знаходиться, як правило, в інтервалі 1000-2000 Гц. Спектри шумів при двофазній течії флюїдів (вода, газ) розділяють на три види течії флюїдів: емульсійне, слабе проточне і сильне проточне.

Перша течія проходить з утворенням низки пухирців і характеризується піком спектра в діапазоні частот 300-600 Гц. У випадку слабкої проточної течії амплітуда шуму після 200 Гц у цілому зменшується, але спостерігаються невеликі піки, які відповідають пікам емульсійного режиму. Для сильного проточного режиму характерні максимуми амплітуд шуму при f=200 Гц.

Таким чином, двофазні течії у цілому характеризуються максимумом шуму в інтервалі 600 Гц. У межах 1000 Гц спектри двофазного і однофазного струменів близькі один до одного.

Чутливим елементом апаратури для акустичної шумометрії є п’єзоелектричний перетворювач (гідрофон), який розташовується в окремому модулі збірки “притоку-складу” або поєднується з одним з приймачів акустичної цементометрії. В останньому випадку вимірювання проводять окремою спуско-підйомною операцією при вимкненому випромінювачі.

Акустичний шумомір є індикаторним приладом і не підлягає суворому калібруванню. Його дані не придатні для кількісних визначень.

Програмне забезпечення шумоміра дозволяє вимірювати інтенсивності шумів не менше ніж в чотирьох частотних діапазонах в смузі від 100 Гц до 6 кГц.

Вимірювання акустичним шумоміром виконують двічі: в безперервному режимі і в точках, в яких встановлена аномальна інтенсивність шумів.

Безперервні вимірювання проводять кілька разів при спуску і підйомі приладу. Дані використовують для виділення інтервалів надходження флюїду в свердловину і його циркуляції в заколонному просторі.

Дискретні (точкові) вимірювання виконують протягом 2-3 хвилин на точці, що характеризуються аномальною інтенсивністю шумів. Точкові вимірювання проводять не менше ніж в чотирьох частотних (спектральних) діапазонах. Дані точкових спостережень використовують для ідентифікації типу флюїду.

Таким чином, акустична шумометрія застосовується для:

- виділення інтервалів притоку в свердловину газу або рідини;

- виділення інтервалів заколонних (затрубних) перетікань газу;

- виявлення складу флюїдів, що поступають з пласта.

- здійснювати діагностику стану стовбура свердловини (цементного каменю, обсадної колони).

Обмеження широкого застосування шумометрії у виробництві обумовлені:

- впливом шуму рухомого приладу;

- впливом швидкості потоку, діаметру перфораційних каналів, в'язкості флюїду та складністю інтерпретації отриманих даних.