Контроль якості цементування колон і труб у свердловині

 

Після закінчення буріння в свердловину, як правило, опускають обсадні колони, а затрубний простір між стінкою свердловини та зовнішньою поверхнею колони заливають цементом. Цементування затрубного простору здійснюється для запобігання перетоків різних флюїдів із одного пласта в інший.

Про високу якість цементування обсаджених колон свідчать наступні показники:

- відповідність підйому цементу в затрубному просторі проектній висоті його підйому;

- наявність цементу в затрубному просторі у твердому стані;

- рівномірний розподіл цементу в затрубному просторі;

- відсутність каналів, тріщин і каверн у цементному камені;

- достатньо надійне зчеплення цементу з колоною та породою.

Контроль за якістю цементування обсадних колон здійснюється за даними методдів термометрії, радіоактивних ізотопів, гамма-гамма-каротажу і акустичного каротажу.

Метод термометрії

 

Визначення місця знаходження цементу в затрубному просторі за даними термічних досліджень базується на фіксуванні тепла, яке виділяється при затвердінні цементу в процесі екзотермічної реакції.

Метод дозволяє встановити верхню границю цементного кільця та виявити наявність цементу в затрубному просторі.

Зацементований інтервал на термограмі відмічається підвищеними значеннями температури на фоні загального поступового зростання її з глибиною (Рис. 9.1).

Величина температурної аномалії у верхній границі цементного кільця визначається наступними факторами:

- фізико-хімічними властивостями цементу та його кількістю в даному інтервалі;

- часом, що пройшов з моменту схоплення цементу до початку вимірювань;

- геологічними та технічними умовами проведення тампонажних робіт.

 

Рисунок 9.1 – Визначення рівня підйому цементу за даними термометрії та гамма-гамма каротажу

 

Максимальні температури при екзотермічній реакції спостерігаються в інтервалі 6-16 годин після закінчення заливання цементу, а найбільші аномалії можна зафіксувати на проміжку 6-24 годин.

Сильна диференціація температурної кривої в інтервалі знаходження цементу обумовлена літологічними особливостями та кавернозністю розрізу. Як правило, піщаним породам відповідають пониженні температурні аномалії, глинистим – підвищенні. Піщані породи, що мають найменший тепловий опір, значно скоріше віддають тепло в навколишнє середовище, ніж глини, тепловий опір яких вищий.

Гамма-гамма каротаж

 

Даний метод контролю за якістю цементування обсадних колон базується на реєстрації розсіяного гамма-випромінювання при проходження гамма-квантів через середовище різної густини. Оскільки цементний камінь і промивна рідина значно відрізняються за густиною, а інтенсивність вторинного гамма-випромінювання знаходиться у зворотній залежності від густини, то на кривій ГГК достатньо чітко виділяються ділянки з цементом і без нього.

Гамма-гамма-каротаж дозволяє:

- встановити висоту підйому цементу;

- визначити наявність цементу та характер його розподілу в інтервалі цементування;

- зафіксувати наявність перехідної зони від цементного каменя до розчину (гель-цемент);

- виявити в цементному камені невеликі раковини та канали;

- визначити ексцентриситет колони.

Для контролю якості цементування обсаджених колон може використовуватись одноканальна апаратура з реєстрацією однієї кривої ГГК, трьохканальна з реєстрацією трьох кривих ГГК (три індикатора розміщенні під кутом 120°С), чотирьохканальна з реєстрацією чотирьох кривих ГГК (чотири індикатора розміщені під кутом 90°С).

Одноканальна апаратура застосовується із зондом, що колімований за радіальним кутом в межах 30-50° і який обертається в процесі вимірювань із заданою кутовою швидкістю при підйомі приладу.

При використанні трьохканального цементоміра всі три криві ГГК записуються одночасно. Можливі наступні варіанти.

1. Криві ГГК співпадають, тобто покази I _gg однакові (Рис. 9.1, б, I). В даному випадку колона центрована та затрубний простір повністю заповнений цементом або промивною рідиною. Рівень показів у рідині вищий, ніж в цементі, за рахунок різниці їх густин.

2. Дві криві ГГК співпадають і характеризуються більш високими показами, ніж третя (Рис. 9.1, б, II). В даному випадку колона розміщена ексцентрично.

3. Дві криві ГГК співпадають і характеризуються більш низькими значеннями I _gg, ніж третя (Рис. 9.1, б, III), колона ексцентрична, два датчики розміщені поблизу стінки свердловини, і їх покази обумовлені, в основному, впливом гірських порід, інтенсивність третього лічильника пов’язана головним чином з впливом цементу. У випадку центрованої колони перевищення I _gg третьої кривої в каверні по відношенню до інтенсивності двох інших вказує на не суцільне заливання цементу. Така ж картина буде спостерігатись і при односторонньому заливанні кільцевого простору цементом.

4. Всі три криві ГГК не співпадають (Рис. 9.1, б, IV). В даному випадку колона ексцентрична або має місце одностороннього заливання цементу.

За допомогою даних дефектограми вивчають розподіл розсіяного гамма-випромінювання за січенням колони з допомогою точкових вимірювань у заданих інтервалах розрізу. Якщо речовина в затрубному просторі має однорідну густину, то криві дефектограм мають синусоїдальний вигляд; наявність каналів у цементному камені та одностороннє цементування обсаджених колон приводить до різкого спотворення синусоїдальних кривих (Рис. 9.2).

Акустичний каротаж

Контроль цементування затрубного простору акустичним каротажем базується на вимірюванні амплітуди заломленої поздовжньої хвилі, яка розповсюджується в обсадній колоні, та реєстрації часу розповсюдження пружних коливань (Рис. 9.3).

 

 

1 – цемент; 2 – промивна рідина

Рисунок 9.2 – Приклад визначення якості цементування за даними кругової цементограми та дефектограми

Рисунок 9.3 – Приклад визначення якості цементування за даними АК

Метод дозволяє:

- встановити висоту підйому цементу;

- виявити наявність або відсутність цементу за колоною;

- визначити наявність каналів, тріщин і каверн у цементному камені, в тому числі малих розмірів;

- вивчити степінь щеплення цементу з колоною та породами;

- дослідити процес формування цементного каменя в часі.

На основі теоретичних та експериментальних досліджень встановлено наступне:

1. При відсутності щеплення цементу з обсадною колоною амплітуда трубної хвилі буде максимальною, амплітуда поздовжньої хвилі в породі – мінімальною.

2. Надійний контакт цементу з обсадженою колоною характеризується відсутністю трубної хвилі, при цьому величина амплітуди на діаграмі мінімальна. Якщо швидкість розповсюдження пружних хвиль у породі більша, ніж в трубі, на кривій може виникнути додаткова аномалія. Для виключення неоднозначності в інтервалі реєструється крива часу розповсюдження хвиль.

3. У випадку неповного зчеплення цементу з колоною на осцилограмі може бути зафіксована в першому вступі трубна хвиля проміжної амплітуди.

Для вимірювання амплітуди коливань поздовжньої хвилі, що йде в колоні, час пробігу поздовжньої хвилі та амплітуди коливань поздовжньої хвилі, яка реєструється у якості першого вступу, розроблені акустичні цементоміри типу АКЦ (Рис. 9.4).

Надійність визначення якості цементування обсадних колон підвищується, якщо одночасно із записом кривих акустичним цементоміром фотографувати хвильові картини, що отримуються цим же цементоміром (Рис. 9.5).

 

1 – обсадна колона; 2 – цемент; 3 – порода

Рисунок 9.4 – Блок-схема цементоміра АКЦ-1

1 – вапняк; 2 – вапняк глинистий; 3 – мергель; 4 – глина; 5 – цемент; 6 – промивна рідина; 7 – колона

Хвилі: I – по колоні; II – по породі; III – по промивній рідині в обсадній колоні; К – колона; В.к. – хвильова картинка; А – ділянка незцементованої колони; Б – частково зацементована колона; В – повністю зацементована колона

Рисунок 9.5 – Визначення якості цементування за хвильовими картинками