Определение качества цементирования скважин с помощью радиоактивных и акустических методов

Тема реферата – «Определение качества цементирования скважин с помощью радиоактивных и акустических методов»

 

 

 

 

 

 

 

Введение

После окончания бурения в скважину, как правило, спускают обсадные колонны, а затрубное пространствомежду стенкой скважины и внешней поверхностью заливают цементом. Цементирование затрубного пространства необходимо для разобщения отдельных пластов с целью устранения перетоков различных флюидов из одного пласта в другой. Высококачественное цементирование обсадных колонн позволяет однозначно о типе флюида, насыщающего породу (нефть, газ, вода, нефть с водой и т.п.), правильно подсчитать запасы нефти и газа и эффективно осуществлять контроль разработки нефтегазовых месторождений.

О высоком качестве цементирования обсадных колонн свидетельствуют следующие показатели:

• соответствие подъема цемента в затрубном пространстве проектной высоте его подъема,
• наличие цемента в затрубном пространстве в затвердевшем состоянии,
• равномерное распределение цемента в затрубном пространстве,
• хорошее сцепление цемента с колонной и породами.

Качество цементирования обсадных колонн контролируется методами термометрии и радиоактивных изотопов, гамма-гамма-методом и акустическим методом.

Далее более подробно будут рассмотрены радиоактивные и акустические методы.

 

 

 

 

 

1. Акустические методы

Применение акустического каротажа для изучения качества цементирования затрубного пространства основано на различии затухания и скорости распространения упругих колебаний в зависимости от плотности сцепления цементного камня с колонной и стенкой скважины.

Акустический метод выдает наибольшую информацию о качестве цементирования обсадных колонн и позволяет:

• установить высоту подъема цементного раствора;
• выявить наличие или отсутствие цементного раствора за колонной;
• определить наличие каналов, трещин и каверн в цементном камне;
• изучить степень сцепления цементного камня с колонной и горными породами (стенкой скважины);
• исследовать процесс формирования цементного камня во времени.

Качество цементирования оценивается по трем параметрам (амплитуде продольной волны в колонне Ак, амплитуде продольной волны в породе Ап и времени распространения продольной волны в породе tп), запись которые осуществляется с помощью акустических цементомеров типа АКЦ (рис.1). Цементомер АКЦ-4 состоит назменой аппаратуры и скважиного прибора. Последний представляет собой двухэлементный акустический зонд с кольцевым излучением И и кольцевым пьезометрическим приемником П. В средней части прибора в герметизированном корпусе размещаются блоки генератора и усилителя. Для возбуждения излучателя И используется генератор токовых импульсов Г, который через фильтры Ф1 и Ф2 запускается генератором блока запуска Г3 панели управления.

Колебания излучателя частотой 25 кГц, распространяясь по промывочной жидкости, колонне и затрубному пространству, достигают приемника и преобразуются в нем в электрические сигналы. После усиления усилителем У электрические сигналы через фильтр Ф1 по кабелю передаются на поверхность в пульт управления в соответствующие каналы измерения амплитуд ультразвуковых колебаний по колонне Ак и породе Ап и канал измерения интервального времени распространения продольной волны по породе Тп. После соответствующих преобразований в каналах сигналы поступают  на регистрирующие приборы РП1, РП2 и РП3.

Для контроля работы и калибровки цементомера в наземной аппаратуре и скважинном приборе предусмотрены специальные имитаторы ИМ1 и ИМ2. Визуальный контроль работы всех цепей осуществляется с помощью стандартного электронно-лучевого осциллографа.

Основную информацию о качестве цементирования несут параметры Ак и tп. Малая амплитуда Ак 9не более 0,2 от максимального значения) служит основным признаком сцепления цементного камня с колонной, большая (не менее 0,8 от максимального значения) указывает на отсутствие этого сцепления. Отклонение времени пробега продольной волны в породе tп от времени пробега продольной волны в породе tк является признаком наличия цементного камня за колонной и его сцепления с ней (рис. 2, а).

Характерные аномалии на кривых Ак и tп, связанные с отбивкой муфтовых соединений колонны, являются признаком плохо сцементированных интервалов или отсутствия сцепления цементного камня с колонной. Качество цементирования оценивается поинтервально с выдачей следующих характеристик: 1) наличие в затрубном пространстве цементного камня, жестко связанного с колонной – хорошее сцепление, 2) неполное заполнение затрубного пространства цементным камнем или плохая связь с колонной – плохое сцепление, 3) чередование участков, хорошо и плохо сцементированных с колонной, содержащих и не содержащих цементный камень в затрубном пространстве – частичное сцепление, 4) отсутствие сцепления цементного камня с колонной или вообще отсутствие цемента в затрубном пространстве. При частичном сцеплении такие интервалы характеризуются на кривой Ак чередованием больших и малых амплитуд (Таблица 1).

Схема интерпретаций диаграмм АКЦ

Таблица 1

Амплитуда Ак	Величина tп	Отбивка муфт	Результаты интерпретации
Максимальная	tп=tк	Отбиваются	Цемент отсутствует или не сцеплен с колонной
0,2-0,8 от максимального значения	tп≈tк	_______”_______	Плохое сцепление цемента с колонной, частичное сцепление цемента с колонной
Минимальная (нулевая)	tп>tк	Не отбиваются	Хорошее сцепление цемента с колонной
Средняя	tп <tк	_______”_______	То же
То же		_______”_______	Требуются дополнительные данные

 

Для полной интерпретации диаграммы АКЦ, и в частности установления сцепления цемента с породой, необходимо иметь диаграмму АК, полученную в необсаженной скважине. При хорошем сцеплении цемента с колонной и породой время tп, зарегестрированное цементомером в обсаженной скважине должно примерно соответствовать времени, зарегистрированному акустическим методом в необсаженной скважине. В случае плохого сцепления с цемента с породой наблюдается разница между этими временами. Низкие значения амплитуд продольной волны, идущей по породе, так же являются признаками плохой связи цемента с породой.

Надежность оценки качества цементирования повышается, если привлекаются результаты, полученные с помощью волновых картин (рис. 2, б).

Качество цементирования по волновым картинам можно также оценить по следующим признакам (рис.3):

1. Незацементированная колонна по волновой картинке отмечается мощным долго не затухающим сигналом трубных волн, проходящим за время tк, которое равно времени пробега волны по базе зонда со скоростью стержневых волн в стали. Время tк для базы ∆L = 2,5 м в зависимости от диаметра колонны и физико-механических свойств жидкости в скважине может изменяться от 500 до 650 мкс (рис. 3, в.к. 1).
2. Хорошее качество цементирования обсадных колонн (надежное сцепление цементного камня с породой и колонной) в низкоскоростном разрезе отмечается низкой амплитудой Ак и значительной амплитудой Ап. типы волн в этом случае отчетливо различаются по времени их вступления (рис. 3, в.к. 5).
3. Хорошее качество цементирования обсадных колонн в высокоскоростном разрезе отмечается на волновой картинке неискаженным импульсом продольной волны частотой ниже 25 кГц и наличием продольной волны частотой не ниже 20 кГц (рис. 3, в.к. 6 и в.к. 7).
4. Затрубное пространство негерметично или его герметичность неопределенно фиксируется в случаях, когда величина Ак превышает критическое значение  и не удается выделить волны по породе при наличии волны с частотой 25-30 кГц вступающей на время более 1300 мкс, а также при отсутствии корреляции значений амплитуды Ап со значением их в необсаженной скважине (рис. 3, в.к.2 и в.к.3).
5. В высокоскоростном разрезе при частичном цементировании обсадной колонны сигнал с момента времени tк представлен волнами различной частоты. Этот признак позволяет отличить частичное цементирование от полного.

 

2. Метод радиоактивных изотопов

Метод радиоактивных изотопов основан на регистрации γ-излучения радиоактивных изотопов, вводимых в цементный раствор во время его приготовления. Участок колонны, окруженный активированным цементом, отмечается на диаграмме ГК-2 повышением интенсивности γ-излучения по сравнению с кривой ГК-1, зарегистрированной до закачки цемента (рис. 4). Если цемент распределен вокруг колонны равномерно, то кривая ГК будет близка к прямой, параллельной оси абсцисс.

1. Метод рассеянного гамма-излучения

Этот метод позволяет:

• Установить высоту подъема цементного раствора;
• Определить наличие цементного камня и характер его распределения в интервале цементирования;
• Фиксировать наличие переходной зоны одной плотности к другой (например, от цементного раствора нормальной плотности к облегченному (гель-цемент);
• Выявить в цементном камне небольшие раковины и каналы;
• Определить эксцентриситет колонны относительно ствола скважины.

Совокупность кривых γ-излучений называется диаграммой гамма-гамма-контроля цементирования скважин. Такая система регистрации используется в приборах ЦМТУ-1, ЦММ-3-4, ЦФ-4, ЦМ-10-12 и СГДТ-2.

Интерпретация цементограмм состоит в следующем. Степень дифференциации кривых ГГК определяется параметром Iγγmax/ Iγγmin, т.е. отношение максимальных и минимальных показаний рассеянного гама-излучения в изученном интервале глубин (рис. 4). Чем больше отличается это отношение от единицы в данном сечении скважины, тем меньше цементирована колонна и менее равномерно распределен цементный камень в затрубном пространстве.

 

При непрерывном перемещении прибора в стволе скважины регистрируется одновременно две диаграммы рассеянного гамма-излучения – дефектомера и толщиномера. Кривая дефектомера записывается при равномерном вращении экрана вокруг оси скважинного прибора при непрерывном его перемещении по стволу скважины (круговая цементограмма) либо при остановке прибора на заданной глубине (дефектограмма), характеризующей изменение интенсивности рассеянного γ-излучения по окружности (рис. 5).

Интерпретация круговых цементограмм подобна интерпретации обычных цементограмм. (см. рис. 4). С помощью дефектограмм изучают распределение цемента по сечению колонны путем точечных измерений показаний ГГК в заданных интервалах скважины. Качество цементирования оценивается по соотношению протяженностей положительной и отрицательной полуволн (см. рис. 6).

Линия ОО1 на дефектограмме проводится так, чтобы а1≈а2. При b1=b2 цементирование считается качественным (в цементном камне нет каналов или других дефектов), при b1≠b2 – некачественным (в цементе имеются дефекты).

 

 

 

Список литературы

1. Косков В.Н. Промысловая геофизика: учеб. пособие /В.Н. Косков. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2008-279 с.