КОНТРОЛЬ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИН

Под высоким качеством цементирования колонн понимается: 1) соответствие высоты подъема цемента в затрубном пространстве проектной высоте; 2} наличие цемента в затрубном пространстве в затвердевшем состоянии; 3} равномерное распределение цемента в затрубном пространстве; 5) надежное сцепление цемента с колонной и породами [37].

 

Рис 17 20 Определение качества цементирования обсадной колонны по данным термометрии и трехканального плотностного гамма-гамма-метода.

I — цемент равномерно заполняет заколонное пространство; I—IV — колонна эксцентрична

 

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

Метод термометрии позволяет установить верхнюю границу цементного кольца и выявить наличие или отсутствие цемента в затрубном пространстве.

Зацементированный интервал отмечается на термограмме повышенными значениями температуры на фоне общего постепенного возрастания ее с глубиной и расчлененностью кривой по сравнению с кривой против незацементированных участков скважины (рис. 17.21, 17.22).

 

Рис 17 21. Определение качества цементирования обсадной колонны по данным термометрии и метода изотопов.

I — цемент; 2 — раствор.
I—II —измерения до и после закачки изотопов

 

Уровень цемента по термограмме устанавливается на 5— 10 м ниже начала подъема кривой, учитывая распространение тепла вдоль скважины.

В интервале нахождения цемента дифференциация температурной кривой обусловлена литологией и кавернозностью разреза. Как правило, песчаным и карбонатным породам соответствуют пониженные температурные аномалии, глинистым — повышенные из-за различия их тепловых сопротивлений. Кроме того, в глинистых породах этот эффект чаще всего усилен за счет образования каверн, заполненных цементом.

Недостатки метода: зависимость от времени проведения измерений после закачки цемента (по истечении не менее чем 2 сут экзотермический эффект исчезает); малоэффективность повторных измерений из-за нивелирования температурных аномалий вследствие перемешивания жидкости в стволе скважины; сложность отбивки цементного кольца при высокой температуре окружающих пород на больших глубинах (свыше 2 км); невозможность контроля характера распределения цемента за колонной и степени сцепления его с колонной и породами.

Методом радиоактивных изотопов можно: 1) определить высоту подъема цемента; 2) выявить наличие цемента и установить характер его распределения в затрубном пространстве; 3) обнаружить в цементном камне каналы.

Наличие цемента в затрубном пространстве и его уровень подъема отмечаются повышенными значениями гамма-активности на повторной кривой ГМ за счет добавления в цементный раствор радиоактивных изотопов (рис. 17.22). Для более уверенной интерпретации регистрируют первоначальную (контрольную) кривую ГМ до закачки активированного цемента.

Для активации цемента обычно применяют короткоживущие изотопы ¹³¹I, ⁵⁹Fe, ⁹⁵Zr, ⁶⁵Zn. Если требуется определить лишь высоту подъема цемента, то активируют только его первую порцию.

С целью изучения характера распределения цемента в затрубном пространстве используется гамма-дефектомер, с помощью которого регистрируется кривая интенсивности гамма-излучения в функции угла поворота свинцового экрана с продольной щелью, окружающего счетчик гамма-квантов. Если цемент распределен вокруг колонны равномерно, а фактический диаметр скважины постоянен в разных направлениях, то кривая ГМ будет близка к прямой, параллельной оси абсцисс. При неравномерной толщине цемента вокруг колонны па кривой ГМ. будут отмечаться отчетливые минимумы I_γmin. и максимумы I_γmax. Чем более неравномерно распределен цемент за колонной, тем значительнее разница DI_γ = I_γmах—I_γmin.

Сопоставление контрольной и повторной кривых ГМ позволяет выявить интервалы проникновения активированной жидкости за колонной. При хорошем качестве цементирования колонны активированная жидкость проникает только в интервал перфорации, при плохом — в выше- и нижележащие водоносные пласты.

Кроме указанных выше изотопов используется изотоп радона ²²²Rn с применением нелетучих жидкостей. Так называемый индикаторный метод по радону обладает рядом преимуществ в сравнении с описанным методом: радон химически инертен, продукты его распада имеют высокую энергию гамма-излучения (до 2,45 МэВ), небольшой период полураспада и не адсорбируется оборудованием и горными породами.

Недостатки метода радиоактивных изотопов: необходимость соблюдать особые правила техники безопасности; возможность применять метод лишь в перфорированных скважинах; исследуются сравнительно небольшие интервалы скважины; трудоемкость работ, что приводит к длительному простою скважины.

Гамма-гамма-метод позволяет: 1) установить высоту подъема цемента; 2) определить наличие цемента и характер его распределения в интервале цементирования ; 3) фиксировать наличие переходной зоны от цементного камня к раствору (гель-цемент); 4) выявить в цементном камне небольшие раковины и каналы; 5) определить эксцентриситет колонны.

Поскольку плотность цементного камня δ_ц (1,8—2 г/см³) и ПЖ δ_р(1,2—1,3 г/см³) значительно различаются, а интенсивность вторичного гамма-излучения I_γγ находится в обратной зависимости от плотности среды, на регистрируемой кривой ГГМ четко выделяются участки с цементом с пониженными показаниями I_γγ по сравнению с интервалами, содержащими за обсадной колонной промывочную жидкость (см. рис. 17.21).

Для контроля качества цементирования обсадных колонн применяют два типа измерительных зондов: многоканальный с тремя или четырьмя детекторами, расположенными симметрично относительно оси зонда и взаимно экранированными, и одноканальный с вращающимся в процессе измерений с заданной угловой скоростью экраном, который обеспечивает коллимацию гамма-излучения в радиальном направлении в пределах 30—50°. Совокупность кривых, зарегистрированных многоканальным зондом, называется цементограммой, кривая, записанная одноканальным зондом, — круговая цементограмма, а круговая цементограмма, полученная в масштабе длины окружности скважины при остановке зонда на заданной глубине с равномерной протяжкой ленты регистратора, называется дефектограммой.

Перед работой цементомеры и гамма-дефектомеры эталонируют с помощью специальных эталонировочных устройств.

Степень дифференциации кривых ГГМ определяется параметром I_γγmax/I_γγmin, т. е. соотношением максимальных и минимальных показаний рассеянного гамма-излучения в изучаемом интервале глубин. Чем больше отличается это отношение от единицы в данном сечении скважины, тем меньше центрирована колонна и менее равномерно распределен цемент в затрубном пространстве.

Приведем некоторые варианты оценки цементирования скважин по цементограмме, полученной с трехканальным зондом.

1. Показания I_γγ на кривых ГГМ одинаковые. Затрубное пространство заполнено целиком цементом или ПЖ. Показания I_γγ против интервала с цементом ниже, чем в жидкости (см-рис. 17.21,I).

2. Две кривые ГГМ совпадают и характеризуются более высокими показаниями, чем третья (см. рис. 17.21,II}. Колонна расположена эксцентрично. Детектор, фиксирующий низкие значения I_γγ находится вблизи места прилегания колонны к стенке скважины.

3. Две кривые ГГМ совпадают и характеризуются более низкими значениями I_γγ , чем третья (см. рис. 17.21,III). Колонна эксцентрична, два детектора расположены вблизи стенки скважины, и их показания обусловлены в основном влиянием горных пород, интенсивность третьего детектора связана главным образом с влиянием цемента. В случае цементированной колонны превышение I_γγ третьей кривой в каверне по отношению к интенсивности двух других кривых указывает на несплошную заливку цемента.

4. Все три кривые ГГМ не совпадают (см. рис. 17.21,IV). Колонна эксцентрична или заливка цемента односторонняя.

В зацементированном участке скважины наибольшие значения I_γγ характерны для каверн, так как плотность цементного камня, существенно меньше плотности горных пород.

Интерпретация круговых цементограмм мало отличается от интерпретации обычных цементограмм. При оперативной интерпретации на диаграмме проводят линии цемента I_γγцп(максимальные показания против каверны с цементом), породы I_γγp (минимальные показания против зацементированного участка скважины при номинальном ее диаметре), цемент — порода I_γγцп (максимальные показания против зацементированного участка скважины при номинальном ее диаметре), раствора I_γγp (максимальные показания на кривой против каверны с ПЖ), раствор — порода I_{γγ pп} (максимальные показания против незацементированного участка ствола скважины при номинальном ее диаметре). По относительному расположению этих линий судят о качестве цементажа

Критерии оперативной оценки по круговым цементограммам характера заполнения затрубного пространства скважины цементным камнем и жидкостями приведены в табл. 17.2.

Tаблица 17 2

Критерии оценки круговых цементограмм	Диаметр (мм) скважины dc и колонны df
	dc=295 dк = I68	dc=2I4 dк=146	dc=193 dк=146
Цементный камень
Iγγmax/Iγγц Iγγmax/Iγγцп	0,9—1,0 0,9—1,2	0,7—0,9 0,9—1,2	0,5—0,7 0,9—1,2
Жидкость
Iγγmax/Iγγц Iγγmax/ Iγγцп	>1,5 >1,6	>1,3 >1,5	>1,0 >1,4

 

С помощью дефектограмм изучают распределение цемента по сечению колонны путем точечных измерений в заданных интервалах скважины. Если вещество в затрубном пространстве однородной плотности, то кривые дефектограмм имеют синусоидальный вид; наличие каналов в цементном камне и одностороннее цементирование обсадных колонн приводят к резкому искажению синусоидальных кривых..

Качество цементирования оценивают по протяженности положительной и отрицательной полуволн (рис. 17.23).

 

Рис 17 22 Пример определения качества цементирования обсадной колонны по данным круговой цементограммы (частота вмещения прибора 60 об/мин) и дефектогрaммы (частота вращения прибора об/мин).

1—цемент: 2—промывочная жидкость

 

Линия проводится так, чтобы а₁≈а₂. Если b₁=b₂, то цементирование хорошего качества, если b₁≠b₂ — плохого. Искажение правильной синусоидальной формы кривых I_γγсвязано с наличием в цементном камне каналов площадью более 10% сечения скважины и с неравномерной заливкой цементного раствора.

На интенсивность I_γγ оказывает также влияние толщина стенки обсадных колонн.

На рис. 17.24 показаны результаты комплексных измерений дефектомером и толщиномером Привлечение данных о толщине стенок обсадных колонн значительно облегчает интерпретацию кривых контроля цементирования. При отсутствии толщинограммы можно было сделать неверный вывод о плохом качестве цементирования интервала 486—635 м.

 

Рис 17 23 Пример круговой цементограммы и толщинограммы

 

Количественную интерпретацию цементограмм осуществляют с целью оценки плотности веществе, в затрубном пространстве скважины и определения эксцентриситета обсадной колонны. Для этого используют номограммы (рис. 17.25, 17.26), представляющие собой графическое решение уравнений δ_сf( I_{γγ o} , h_K, δ_п, ε ,d_с); Э=f( I*_{γγ O} , δ_с, δ_п, d_c), где δ_с, δ_п — плотность соответственно вещества в затрубном пространстве и породы; Э=1—L_min/L_max— эксцентриситет обсадной колонны, L_max, L_min— максимальное и минимальное расстояние между стенками колонны и скважины; h_K — толщина стенки обсадной колонны; I_{γγ o}= I_{γγ max}/ I_{γγ c}— отношение максимальных показаний па цементограмме к показаниям для стандартных условий (d_c = 300 мм, d_к=168 мм, δ_п=2,7 г/см³, Э=0, δ_c= 1,8 г/см³); I*_γγo=1——I_{γγ min}/I_{γγ max}—относительное расхождение цементограмм.

 

Рис 17 24 Номограмма для определения эксцентриситета Э обсадной колонны в скважине

 

Рис 17 25 Номограмма для определения плотности вещества δ_с в затрубном пространстве скважины

Исходными данными для нахождения δ_с и Э являются h_к, δ_п;d_c;I*_γγ и I _{γγ o}

 

При неизвестном I _{γγ с} для перевода I _{γγ max} в I _{γγ о}используют показания I _γγ в той части ствола скважины, где известна плотность среды (ПЖ, каверна с цементом).

Преимущества метода: возможность проведения измерений независимо от времени, прошедшего после окончания цементирования.

Недостатки метода: невозможность выделения мелких каналов (если их площадь менее 8—10% площади сечения затрубного пространства скважины); необходимо, чтобы плотность цементного камня существенно отличалась от плотности ПЖ и была большая разница между диаметрами скважины и колонны.

Наибольшую информацию о качестве цементирования обсадных колонн дает акустический метод, который позволяет: установить высоту подъема цемента; выявить наличие или отсутствие цемента за колонной; определить наличие даже небольших каналов, трещин и каверн в цементном камне; изучить степень сцепления цемента с колонной и породами; исследовать процесс формирования цементного камня во времени.

Метод основан на измерении амплитуды преломленных продольных волн, распространяющихся по обсадной колонне (трубная волна) и породе, и регистрации времени распространения упругих колебаний [3].

При интерпретации кривых акустического контроля цементирования за основу берутся амплитуды преломленных воли в колонне А_к и пород А_п, кривая интервального времени является вспомогательной. Максимальные значения амплитуд А_к и А_п и среднее значение интервального времени τ_пхарактеризуют незацементированную колонну, а иногда и отсутствие связи цементного камня с колонной. Минимальные значения амплитуд трубной волны А_к свидетельствуют о хорошем сцеплении цементного камня с колонной (рис. 17.27).

 

Рис 17 26 Пример определения качества цементирования обсадной колонны по данным AM

 

Кривая τ_п достигает максимального значения на участках с хорошим сцеплением цементного камня с колонной и плохим сцеплением с породой. В этом случае величина τ_п близка ко времени пробега упругой волны по ПЖ. Минимальная величина регистрируемого времени τ_п (меньше времени прохождения продольной волны по колонне τ_к) наблюдается в интервалах, характеризующихся высокой скоростью распространения колебаний в породе при жесткой связи цементного камня с колонной и стенками скважины.

Надежность определения качества цементирования обсадных колонн повышается, если одновременно с записью кривых акустического контроля цементирования фотографировать волновые картины, получаемые аппаратурой акустического контроля цементирования скважин.

Качество цементирования по волновым картинам оценивается по следующим признакам.

1. Незацементированная колонна на волновой картине отмечается мощным, долго не затухающим сигналом трубных волн, приходящим за время τ_к, которое равно времени пробега волны на базе зонда со скоростью стержневых волн в стали. Время τ_к для базы 2,5 м в зависимости от диаметра колонны и физико-химических свойств жидкости в скважине может изменяться от 500 до 650 мкс (рис. 17.28, ВК 1).

 

Рис 17 27 Определение качества цементирования обсадной колонны по волновым картинам (ВК):

1 — известняк; 2 — известняк глинистый; 3 — мергель: 4 — глина; 5 — цемент; 6 — промывочная жидкость; 7 —колонна.
Волны: I—по колонне. II—по породе, III— по ПЖ в обсадной колонне.
К — колонна; А — участок незацементированной колонны; Б, В — частично и полностью зацементированная колонна.
Цифры в кружках—номера ВК

 

2. Хорошее качество цементирования обсадных колонн (надежное сцепление цементного камня с породой и колонной) в разрезе с низкой скоростью распространения волн отмечается на ВК весьма малой амплитудой А_к и значительной амплитудой A_п. Типы волн в этом случае отчетливо разделяются по времени их вступления (рис. 17.28, ВК 5).

3. В разрезах с высокой скоростью распространения волн, где различить однозначно волны, распространяющиеся по породе и колонне, только по времени их вступления трудно, оценить качество цементирования обсадных колонн помогает частотная характеристика волн. Хорошее качество цементирования обсадных колонн в подобном разрезе отмечается на волновой картине неискаженным импульсом продольной волны по породе с частотой ниже 25 кГц и с амплитудой, коррелирующейся с ее величиной до обсадки скважины, а также наличием поперечной волны с частотой ниже 20 кГц (рис. 17.28, ВК 6, 7).

4. В случае, когда величина А_к превышает критическое значение и не удается выделить волны по породе при наличии волны с частотой 25—30 кГц, вступающей на временах больше 1300 мкс, а также при отсутствии корреляции значений амплитуд А_п со значениями их в необсаженной скважине, затрубное пространство негерметично или его герметичность неопределенна (случай частичного цементирования) (рис. 17.28, ВК 2, 3).

5. В разрезе с высокой скоростью распространения волн при частичном цементировании обсадной колонны сигнал с момента времени t_к представлен волнами различной частоты. Этот признак позволяет отличить по волновой картине частичное цементирование от хорошего даже в случае надежной корреляции кривых амплитуды и времени, записанных до и после обсадки скважины колонной (рис. 17.28, ВК 3)

Совместная интерпретация данных акустического контроля цементирования, акустического метода в необсаженной скважине и волновых картин дает наиболее достоверную оценку качества цементирования обсадных колонн.

Акустический контроль цементирования успешно применяется для определения изменения состояния цементного камня после перфорации колонны и в процессе эксплуатации скважины. Нарушение целостности цементного камня и контакта цемент — колонна в этих случаях отмечается по увеличению амплитуды А_к (рис. 17.29).

 

Рис 17 28 Контроль качества сцепления цементного камня с колонной по данным AM (по Б. М. Ординскому).

Точками показаны интервалы перфорации

 

Критерии оценки характера сцепления цемента с колонной и породами приведены в табл. 17.3.

Tаблица 17 3
Критерии оценки качества цементирования обсадных колонн по данным акустического метода

Характер контакта		Амплитуды волн
цемент — колонна	цемент — порода	по колонне	по цементу	по породе
Жесткий	Жесткий	Нулевые	Нулевые	Максимальные
Скользящий	»	Средние	»	Средние
Жесткий	Скользящий	»	Средние	»
Скользящий	»	Высокие	»	Нулевые
Отсутствие цемента в затрубном пространстве		Максимальные	Нулевые	»

 

Определение качества цементирования с помощью AM возможно в любое время, эффективность метода не зависит от соотношения плотностей цементного раствора и ПЖ.

Недостатки метода: при скользящем контакте цементного камня с обсадной колонной упругие колебания распространяются в основном по колонне, волны в последующих вступлениях не фиксируются, качество цементирования в этом случае определить невозможно; в разрезе с υ_п>5300 м/с первые вступления при плохом и хорошем качестве цементирования относятся к волне, идущей по породе, поэтому однозначная интерпретация кривых А_к и А_пневозможна, необходима дополнительная регистрация волновых картин.

 

 

---

Дата добавления: 2018-09-20; просмотров: 2660; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!