способ оценки качества цементирования скважин

Формула изобретения

Способ оценки качества цементирования скважин путем измерения амплитуд продольной акустической волны на двух рабочих излучаемых частотах сигнала по обсадной колонне в заданном интервале, отличающийся тем, что для повышения точности оценки качества изоляции затрубного пространства путем раздельного выявления различных типов дефектов цементирования и определения величины их раскрытости, регистрируют амплитуды продольной волны акустического сигнала по колонне на двух частотах (высокой Авч и низкой Анч) и по соотношению их величин, нормированных по максимальным значениям на участке не зацементированной колонны Асв (Авч/Асв и Анч/Асв), производят разделение дефектов цементирования по преобладающим типам (кольцевой зазор, объемный дефект, смешанный дефект) и измеряют величины их раскрытости.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области промыслово-геофизических методов контроля качества цементирования нефтяных и газовых скважин.

Известен способ выделения объемных дефектов цементного кольца в обсаженных скважинах, основанный на возбуждении колебаний и измерении амплитуды высокочастотной составляющей низкочастотного сигнала продольных волн по обсадной колонне [1]. При этом размер объемных дефектов цементного кольца определяется по эталонной зависимости амплитуд высокочастотной составляющей низкочастотного сигнала от размеров объемных дефектов цементного кольца.

Недостатком данного способа является ограничение его при практическом применении, так как при этом не учтено влияние на спектр акустического сигнала наличия и величины кольцевого зазора между колонной и цементным камнем, который имеет место в практике цементирования. При этом для оценки частоты радиального резонанса колонны предполагается определение скорости распространения упругих колебаний в материале колонны, которая не является постоянной и изменяется в зависимости от свойств материала и геометрических размеров отдельных труб обсадной колонны и что требует использования дополнительных приемно-излучающих элементов в скважинной аппаратуре.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ оценки качества цементирования скважин путем определения величины кольцевого зазора между колонной и цементным камнем [2]. При этом оценка величины зазора производится по величине амплитуд на двух граничных частотах (высокой Fвч и низкой Fнч) в спектре акустического сигнала по экспериментальному графику. Ограничением данного способа является то, что он применим в случаях, когда дефект цементирования представляет собой преимущественно кольцевой зазор. В практике цементирования имеют место также объемные дефекты и более сложные формы дефектов, такие как одновременное сочетание кругового зазора с объемным дефектом с разной величиной раскрытости.

Отличительным признаком предлагаемого способа от аналогов является высокая достоверность и точность разделения дефектов цементирования затрубного пространства по типу, в том числе при их многообразных сочетаниях в реальных скважинных условиях и раздельном определении величины их раскрытости за один цикл скважинных измерений.

Цель изобретения достигается тем, что в заданном интервале скважины непрерывно регистрируют амплитуду продольной волны по колонне на двух выбранных рабочих частотах акустического сигнала (высокой Авч и низкой Анч) и по соотношению величин измеренных амплитуд, нормированных по максимальным значениям на участке не зацементированной колонны Асв (Авч/Асв и Анч/Асв), производят выявление дефектов цементирования, разделение их по преобладающим типам и составу (кольцевой зазор, объемный дефект, смешанный дефект) и определение величины их раскрытости.

Практически это осуществляется следующим образом.

Определение качества цементирования осуществляют измерением амплитуд акустического сигнала на двух излучающих частотах высокой 22 кГц и низкой 12 кГц за один цикл. Режим работы аппаратуры (высокая и низкая рабочие частоты) выбирают таким образом, чтобы диапазон чувствительности акустического сигнала на этих частотах к кольцевому зазору является непрерывным в области а-с (для высокой частоты а-b, для низкой частоты b-с) фиг.1. Разделение по типам дефектов производят путем сопоставления граничных значений амплитуд на двух частотах в области а-b следующим образом.

В интервале исследования выбирают опорную точку, в которой дефект цементирования максимальный, например на участке не зацементированной колонны, и измеряют величину амплитуд акустического сигнала на двух рабочих частотах (высокой – Авч и низкой - Анч). По значения этих амплитуд нормируют величину рабочего сигнала в интервале исследования, которая принимается равной 1. Разделение дефектов цементирования по типу производят по соотношению амплитуд сигнала на двух частотах в диапазоне а-b в области линейной зависимости, ограниченной значениями Агр min и Агр max.

Кольцевой зазор определяется условием Агр max<Авч>Агр min и Анч<Агр min, когда амплитуда сигнала высокой частоты принимает значения от Агр min до Агр max, а амплитуда сигнала низкой частоты принимает значения менее Агр min. При значениях Авч от Агр min до Агр max величину зазора в диапазоне значений а-b определяют по зависимости ВЧ, а при значениях Авч, превышающих Агр max, определение величины зазора производят по зависимости НЧ в диапазоне b-с (в отличие от известного способа [2], где величина зазора определяется по разности амплитуд сигнала на двух частотах). Этому условию соответствует интервал записи 2650-2672 м в реальной скважине, где дефект цементирования характеризуется как преимущественно кольцевой зазор (фиг.2).

Практическими наблюдениями установлено, что превышение Анч граничного значения Агр min в области а-b характерно для наличия объемного дефекта цементирования в затрубном пространстве (условие Агр max<Авч>Агр min, Агр max<Анч>Агр min и Авч=Анч).

Согласно [3] чувствительность акустического метода к дефектам цементирования объемного типа практически не зависит от диапазона рабочих частот, а характер зависимости затухания амплитуды продольной волны по колонне от угла раскрытости вертикального канала в цементном камне имеет одну закономерность. Поэтому равенство значений амплитуд на двух рабочих частотах Авч и Анч является признаком наличия объемных дефектов, а величина амплитуд, в соответствии с известной зависимостью [3], определяет угол их раскрытости. Этому условию соответствует интервал записи 2688-2712 м в скважине, где дефект цементирования характеризуется как преимущественно объемный (фиг.2).

При дефектах цементирования смешанного типа (различных сочетаниях раскрытости кругового зазора и объемного дефекта) разделение их на составляющие производят следующим образом. По соотношению амплитуд акустического сигнала по колонне на двух частотах в соответствии с условием Агр max<Авч>Агр min, Агр max<Анч>Агр min и Авч>Анч величина объемного дефекта определяется значением амплитуды сигнала на низкой частоте, а составляющая кольцевого зазора в общем дефекте определяется в области а-b условием Авч-Анч и Авч<Анч>Агр min. При этом величина объемного дефекта определяется амплитудой сигнала на низкой частоте Анч по известной зависимости [3], а величина кругового зазора, как составляющая в общем дефекте цементирования, определяется соотношением Авч-Анч по зависимости фиг.1 в области а-с предлагаемым способом. Этому условию соответствуют интервалы записи 2440-2650 и 2712-3000 м в скважине, где дефект цементирования характеризуется как смешанный (фиг.2).

Возможность осуществления изобретения подтверждается его практической реализацией в скважине №170 пл. Копанская, где имела место проблема изоляции заколонного пространства в связи с перетоками жидкостей и газа. Скважинными экспериментами на основе использования стандартной аппаратуры акустического каротажа и комплексной обработки геофизических и промысловых данных установлено, что при исследовании заколонного пространства акустическим методом на двух рабочих частотах сигнала (высокой 22 кГц и низкой 12 кГц), в области не чувствительности низкочастотного сигнала к кольцевому зазору имеет место его высокая чувствительность к объемными дефектами. Данный факт подтверждает возможность однозначного разделения предлагаемым способом дефектов цементирования по типу и их преобладающему составу и высокой точности определения величины их раскрытости.

Экономическая эффективность предлагаемого способа обусловлена высокой достоверностью и точностью выделения различных типов дефектов цементирования и определении величины их раскрытости при оценке качества изоляции затрубного пространства и прогнозировании перетоков по ним жидкостей и газа с целью технической и экологической безопасной эксплуатации нефтяных и газовых месторождений.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР №1348505, кл. Е 21 В 47/00, 1987.

2. Авторское свидетельство СССР №603743, кл. Е 21 В 47/00, 1978.

3. Гуторов Ю.А. Выбор рабочих параметров комплексной аппаратуры для акустического контроля цементирования и технического состояния обсаженных скважин. Геофизическая аппаратура №71. Л.: Недра, 1980.