Акустический контроль качества

      цементирования скважин

Определение степени сцепленияцемента с колонной и с горной породой определяется только по данным акустической цементометрии (АКЦ). Если обсадная колонна (ОК) не имеет сцепления с цементом (свободна), то упругие колебания, возбужденные в ОК, не передаются цементному камню, и упругая волна распространяется по колонне со скоростью 5201 м/с при относительно небольшом ослаблении.

В случае качественной заливки и при хорошем сцеплении, между колонной и цементом имеется акустический контакт и упругие колебания в колонне возбуждают такие же колебания в цементном камне. Поэтому большая часть их энергии рассеивается на пути между источником и приемником. Приемник регистрирует значительное ослабление и быстрое затухание этих колебаний.

Акустический контроль качества цементирования скважин (АКЦ) осуществляется с помощью специальных скважинных приборов – цементомеров и основан на различии затухания и скорости распространения упругих колебаний в зависимости от плотности сцепления цементного камня с колонной и стенкой скважины. Качество цементирования традиционно оценивается по трем измеряемым параметрам:

· амплитуде продольной волны в колонне ;

· амплитуде продольной волны в породе ;

· времени распространения продольной волны в породе .

Основную информацию о качестве цементирования скважин несут параметры  и . Малая амплитуда  (не более 0,2 от максимального значения) служит основным признаком сцепления цементного камня с колонной, а большая (не менее 0,8 от максимального значения) указывает на отсутствие этого сцепления. Отклонение времени распространения продольной волны в породе  от времени пробега упругой волны по колонне  служит признаком наличия цемента за колонной и его сцепления с ней. (Плохому сцеплению цемента с колонной и образованию зазора между колонной и цементным кольцом может способствовать наличие глинистой корки, эксцентричное положение колонны в стволе скважины, плохое качество цементного раствора из-за перемешивания его с промывочной жидкостью в процессе цементирования скважины).

На основании перечисленных признаков оценивают качественное состояние цементного камня в затрубном пространстве с выделением интервалов, характеризующихся:

· наличием в затрубном пространстве цементного камня, жестко связанного с колонной (хорошее сцепление);

· неполным заполнением затрубного пространства цементным камнем или плохой связью с колонной (плохое сцепление);

· отсутствием сцепления цементного камня с колонной или вообще отсутствием цемента в затрубном пространстве;

· чередованием участков, хорошо и плохо сцементированных с колонной, содержащих и не содержащих цементный камень в затрубном пространстве (частичное сцепление). Схема интерпретации диаграмм АКЦ показана в таблице 6.1.

 

Таблица 6.1

 

Схема интерпретации диаграмм АКЦ

 

Амплитуда	Величина	Отбивка муфт	Результаты интерпретации
Максимальная	=	отбиваются	Цемент отсутствует или не сцеплен с колонной
0,2–0,8 от максимального значения	≈	отбиваются	Частичное сцепление цемента с колонной
Минимальная (нулевая)	>	не отбиваются	Хорошее сцепление цемента с колонной

 

Растущий спрос на проведение исследований методом акустической цементометрии непрерывно сопровождался совершенствованием технических средств измерений, способов регистрации данных, визуализации первичных данных и результатов их обработки и интерпретации. Вместо скважинных приборов с двухэлементным (излучатель И – приемник П) измерительным зондом появились приборы с трехэлементными (ИПП) и более зондами с цифровой регистрацией первичных данных. Применение вычислительной техники позволило перейти к их многовариантной обработке, уменьшающей погрешность подготовленных заключений о качестве цементирования колонн и заколонного пространства скважин.

Вместе с тем стандартное заключение, подготовленное по материалам АКЦ, не позволяет судить об изоляция пластов – коллекторов с различным флюидосодержанием, отсутствии межпластовых перетоков флюидов и герметичности заколонного пространства скважин, т.к. ограничивается предоставлением лишь косвенных сведений о состоянии контактов цементного камня с обсадной колонной и с горными породами.

Поэтому для оценки надежности изоляции заколонного пространства нефтяных и газовых скважин оказывается необходимым привлечение других геофизических методов (например, гамма-гамма каротажа, метода радиоактивных изотопов, термометрии и спектральной шумометрии и др.).

 

Метод гамма-гамма-каротажа

Для контроля качества цементирования обсадных колонн методом гамма-гамма-каротажа (ГГК) разработаны специальные приборы (гамма-дефектомеры-толщиномеры типа СГДТ (СГДТ-2, СГДТ-3, СГДТ-НВ и др.)

Основными элементами гамма-дефектомера-толщиномера СГДТ-2 являются:

· источник γ-излучения, установленный в нижней части скважинного прибора;

· детектор γ-излучения, расположенный в скважинном приборе внутри массивного свинцового экрана с вертикальной прорезью (так называемого коллиматора), который установлен на определенном расстоянии от источника на вращающемся (с помощью электродвигателя) основании.

Поэтому, при непрерывном перемещении прибора в стволе скважины происходит сканирование как обсадной колонны, так и заколонного пространства и регистрируется круговая цементограмма и толщинограмма, характеризующие изменение интенсивности рассеянного γ-излучения по окружности. Интервалы, где цементный камень (ЦК) отсутствует или не полностью заполняет затрубное пространство, отмечаются как участки пониженной плотности.

Скважинные гамма-дефектомеры-толщиномеры СГДТ-2, СГДТ-3, СГДТ-НВ и др. позволяют определить:

· высоту подъема цементного раствора;

· качество заполнения затрубного пространства цементным раствором и равномерность его распределения за колонной (по периметру скважины и вдоль ее оси);

· эксцентриситет колонны в стволе скважины;

· места расположения муфт и центрирующих фонарей;

· средний диаметр и среднюю толщину труб обсадных колонн с погрешностью 0,5 мм.

Однако на качество получаемой информации влияют барит в буровом растворе и отложения радиоактивных солей в скважинной зоне и на внутренних стенках обсадной колонны. Другими их недостатками являются:

· сложность аппаратуры, требующая высококвалифицированного обслуживания и тщательной подготовки к исследованиям;

· низкая скорость исследований;

· использование радиоактивных изотопов для создания гамма-излучения накладывает дополнительные требования к безопасности проведения исследований, а сами исследования приравниваются к аварийным работам в скважинах из-за опасности оставления радиоактивного источника на забое.