A.V. Gorodnov¹, V.M. Dobrynin², V.N. Chernoglazov³ _, V.I. Ryzhkov⁴

1 Gubkin State Academy of Oil and Gas, Lenin ave. 65, 117917, Moscow, Russia

В то же время развитие методических основ ВАК, программных средств обработки и интерпретации данных стало отставать от темпов развития аппаратных средств акустического метода, что привело к неоправданному снижению объемов регистрации волнового акустического каротажа (ВАК) и потере реальных заказов на геофизические работы в скважинах. Основой для решения этой проблемы являются проводимые в течение последних 30-и лет в ГАНГ им. Губкина научно-исследовательские работы по методическому и петрофизическому обеспечению методов ГИС, и в том числе акустического каротажа. В последние годы были разработаны уникальные методики интерпретации акустического метода в комплексе со стандартными методами ГИС, позволяющие получать информацию о насыщении коллекторов в обсаженных скважинах, оценивать пористость пород по объемным упругим модулям, решать другие актуальные задачи. Для реализации новых методик интерпретации данных акустического метода специалистами кафедр ГИС и полевой геофизики ГАНГ им.Губкина были разработаны компьютерная система "КАМЕРТОН", а также технология проведения скважинных исследований и обработки акустических данных.

• оценка коэффициента текущего нефтенасыщения;
• выделение газонасыщенных интервалов;
• выделение трещиноватых интервалов;
• оценка пористости;
• оценка качества цементирования скважины;
• определение механических свойств горных пород.

Модульная структура системы "КАМЕРТОН" позволяет подобрать оптимальную конфигурацию системы для каждого заказчика с учетом его текущих финансовых возможностей и решаемых геологических задач. Ниже рассмотрены назначение и возможности каждого программного модуля системы.

Модуль позволяет прослеживать по глубине одноименные фазы акустического сигнала для неограниченного числа каналов регистрации и автоматически вычислять кинематические и динамические параметры волнового поля: время пробега волны, интервальное время, пиковую и среднюю амплитуды во временном окне, отношение амплитуд по двум каналам, частоту и амплитуду максимума спектра и энергию волнового сигнала для различных типов волн (продольная, поперечная, волна по колонне, волна Лэмба-Стоунли). Волновые поля могут быть представлены в виде фазокорреляционных диаграмм, линейных волновых картин, волновых картин с закрашенной положительной фазой, цветовых карт. Широкий выбор вариантов графического представления акустических данных облегчает оценку качества материалов и применение процедур обработки сигнала.

Традиционная технология обработки данных акустического каротажа, реализованная в данном модуле, заключается в идентификации различных типов волн по характеристикам волнового поля, определении одноименных фаз каждой волны и автоматическом прослеживании этих фаз по глубине с возможностью ручной корректировки. Для этих целей разработан набор алгоритмов слежения фаз по эстремальным точкам, пороговому значению, взаимной корреляции трасс. Результатом процедуры прослеживания фаз являются кинематические и динамические параметры волн (рис.1). Оценка динамических параметров волн возможна как в фиксированном по времени, так и скользящем вдоль прослеживаемой фазы окне заданного размера.

В реальных условиях регистрируемый акустический сигнал зачастую искажен различного рода помехами и интерференцией волн, поэтому для выделения полезного сигнала в сложном волновом поле в модуле реализованы разнообразные процедуры обработки данных ВАК: спектральный анализ, полосовая фильтрация, прогнозирующая деконволюция, автоматическая регулировка амплитуд, фазовое и направленное суммирование, фазовое выравнивание трасс и другие.

Покажем на примерах возможности модуля "Редактор ВАК" для применения процедур обработки волновых полей. В практике цифровой обработки сигналов широко используются процедуры полосовой фильтрации для подавления помех, отличающихся спектральным составом от полезного сигнала. Для этого необходимо, прежде всего, определить амплитудно-частотную характеристику сигнала в исследуемой прямоугольной области волнового поля. Анализируемая область может иметь произвольные размеры и быть представлена отдельной трассой акустического сигнала, набором соседних трасс, частью трассы или набора трасс в фиксированном временном диапазоне. Результатом обработки является окно, содержащее спектр анализируемого участка волнового поля (рис.2).

Если в результате анализа выясняется, что спектр зарегистрированного сигнала обладает полимодальной характеристикой, и частотная компонента помехи отличается от полезного сигнала, тогда применяется процедура полосовой фильтрации сигнала. Эта процедура полезна при подавлении низкочастотных и высокочастотных акустических и электрических помех, возникающих в процессе регистрации сигнала скважинным прибором, передачи информации по кабелю и ее обработки наземной аппаратурой. В ряде случаев с помощью полосовой фильтрации удается подавить волну по колонне, когда в ее спектральном составе преобладает высокочастотные гармоники, заметно отличающиеся от спектра волны по породе.

В последнее время за рубежом стали широко применяться многоэлементные зонды акустического каротажа. В нашей стране разработке этого направления уделяется недостаточно внимания, хотя преимущества данного типа аппаратуры очевидны, особенно, при динамическом анализе волновых полей. Рассмотрим возможность подавления волны по колонне, возникающей в обсаженной скважине, с помощью процедуры направленного суммирования трасс 8-и элементного зонда, зарегистрированных на одном кванте глубины. Поскольку волна по колонне распространяется с практически постоянной скоростью и ее годограф имеет линейную характеристику с известными параметрами, то, задавшись направлением суммирования с возможностью автоматической корректировки фазового сдвига, получают нормированную суммотрассу, которая затем вычитается из центральной трассы. Таким образом, волна по колонне, относительно тренда которой осуществляется направленное суммирование, складывается синфазно и подавляется после вычитания из центральной трассы, а волны, распространяющиеся с иной скоростью или со сдвигом фазы, относительно базового тренда, сохраняются в результате фильтрации. На рис.4 представлены результаты применения процедуры направленного суммирования, выполненного на материалах модельных расчетов волновых полей.

Модель волнового поля получена путем имитации трех волн (продольная, поперечная, волна по колонне), распространяющихся с различной скоростью в однородной среде без поглощения. В левом окне показаны исходные данные, в которых присутствует высокоскоростная волна по колонне, приходящая первой в волновом пакете. На ближних приемниках эта волна интенсивно интерферирует с продольной волной, которую практически невозможно выделить, и только на дальних приемниках все типы волн расходятся по времени. В результате применения процедуры направленного суммирования (в правом окне рис.4) высокоскоростная волна по колонне оказывается полностью подавленной, а первые вступления видимого сигнала принадлежат волне по породе.

Известно, что динамический диапазон канала регистрации в отечественной аппаратуре акустического каротажа не превышает 40 дБ. Поскольку амплитуды различных типов волн, регистрируемые на одной волновой картине, могут различаться на несколько порядков, то, фактически, становится невозможным одновременный анализ нескольких волн и обработка низко амплитудной волны. Эта проблема может быть решена с помощью встроенной в модуль процедуры автоматической регулировки амплитуд, которая выравнивает видимые амплитуды сигнала в заданном динамическом диапазоне.

Если необходимо оценить динамику волнового поля, то для этой цели в модуле “Редактор ВАК” имеется возможность преобразования его в цветовую карту (рис.5).

Такой способ визуального представления помогает анализировать характерные особенности волнового поля, сопоставлять его отдельные участки, выявлять закономерности, связанные с изменением геологических условий, литологии и насыщения пород.

• оценка коэффициента текущего нефтенасыщения;
• выделение газонасыщенных интервалов;
• выделение трещиноватых интервалов;
• оценка пористости;
• определение динамических и статических упругих модулей горных пород.

Модуль “Интерпретатор ГИС” содержит набор встроенных алгоритмов комплексной интерпретации данных волнового акустического каротажа и стандартных методов ГИС, разработанных на кафедре ГИС ГАНГ им. Губкина. Процедура интерпретации предусматривает гибкую систему петрофизической настройки алгоритмов на параметры изучаемого геологического разреза. В результате интерпретации комплекса ГИС формируется графический планшет (рис.6), который можно распечатать на принтере или плотере.

Данный модуль технологически связан с модулем “Редактор ВАК”, в котором выполняется предварительная обработка акустических данных с оценкой параметров волн по колонне и породе. Затем результаты обработки передаются в модуль “Цементометрия”, где уже осуществляется сама процедура интерпретации данных по нескольким методикам. Алгоритмы методик могут настраиваться на работу с различными типами акустических приборов и учетом конструктивных особенностей исследуемых скважин. Результатом интерпретации данных является графический планшет, на котором, помимо волнового поля и параметров волн, представлена колонка с результатами оценки качества цементирования обсадной колонны (рис.7).

Алгоритмы методик модуля “Цементометрия” подразделяют 5 типов качества цементирования:

• жесткий контакт цемента с колонной и породой;
• отсутствие контакта цемента с породой при наличии контакта с колонной;
• частичный контакт цемента с колонной и жесткий с породой;
• отсутствие контакта цемента с колонной при наличии контакта с породой;
• отсутствие цемента (свободная колонна).

Для редактирования результатов интерпретации имеется удобный набор инструментов корректировки границ интервалов и изменения типа качества цементирования для заданного интервала. В отдельной колонке планшета может выводиться кривая зазора между колонной и цементным камнем. Перед выводом планшета на печать формируется заголовок, содержащий полную информацию о скважине и исполнителях работ. Вся процедура обработки одной скважины глубиной около 3-х км с выдачей графического планшета занимает не более одного часа.

Городнов Андрей Васильевич, старший преподаватель кафедры геофизических информационных систем (ГИС) ГАНГ им. Губкина.

Добрынин Валерий Макарович, профессор, зав. кафедрой геофизических информационных систем (ГИС) ГАНГ им. Губкина, д.г.-м.н..

Черноглазов Валерий Николаевич, доцент кафедры геофизических информационных систем (ГИС) ГАНГ им. Губкина, к.г.-м.н.

Рыжков Валерий Николаевич, ведущий научный сотрудник отделения сейсморазведки ИПНГ,

к.г.-м.н..