Определения герметичности крепления обсадных колонн глубоких скважин

г) Комплексирование данных стандартной акустической цементометрии (АКЦ), радиометрической цементометрии (ДФ и ТМ) и акустического сканирования  колонны и цементного кольца (АК-сканирование). Оно крайне необходимо для большинства скважин, в которых качество цементирования измеряется в разных интервалах от безупречного до неудовлетворительного, что соответствует отсутствию цементного камня за колонной. Перечень частичных задач, которые необходимо решить для оценки герметичности (проницаемости или непроницаемости) затрубного и межтрубного пространств, перечислен в табл.  1.1.

1.3. В последнее время широко и повсеместно нашли применение два вида интенсификации притоков в длительно эксплуатирующихся и вновь пробуренных скважинах. Это гидроразрывы пластов (ГРП) и интенсификация с помощью горючеокислительных смесей (ГОС). В первом случае воздействие на обсадную колонну и породы в интервале перфорации производится почти мгновенно мощным импульсом давления, во втором  – плавным  нарастанием градиентов давления и температуры. Первоначально эти виды интенсификации применяли для разработки низкопроницаемых объектов в последнее время их успешно используют также в высокопроницаемых объектах, находящихся в поздней стадии разработки. Выбор объекта для проведения ГРП или ГОС должен включать: оценку качества цементирования обсадной  колонны на дату проведения операции, включая определение дефектов цементного камня; расчет упругих параметров пород по значениям ∆tp, ∆ts, измеренным через колонну; выделение проницаемых пород в интервале воздействия и на 10-15 м выше и ниже его по вновь измеренным параметрам волн Стоунли и сведениям, полученным в открытом стволе; оценку анизотропии пород для определения направления развития трещины. Последняя задача реализуется с использованием данных двух дипольных зондов, преобразователи которых развернуты относительно друг друга на 90º (кросс-дипольные зонды).Для контроля качества выполнения ГРП и ГОС, заключающегося в определении

интервала распространения  по вертикали трещины ГРП и направления еѐ развития, необходимо получить те же сведения. Можно обойтись лишь без расчѐта упругих параметров.Несмотря на тщательный выбор объектов проведения ГРП и ГОС, результаты воздействия могут быть совершено различными. В первую очередь это относится к интервалам, в которых цементный камень имеет дефекты: кольцевые микрозазоры и вертикальные каналы.Интервалы колонны, в которых по каким-то причинам образовался микрозазор между колонной и цементным камнем, характеризуются на ФКД фазовыми линиями волны Лэмба в колонне, включая отображение соединительных муфт, и фазовыми линиями продольной и поперечной волн, распространяющихся в горных породах. Даже небольшое раздутие колонны при ГРП имеет свои последствием смыкание микрозазора и исчезновение фазовых линий волны Лэмба. Регистрация поперечной волны доказывает полное заполнение затрубного пространства цементным камнем. Увеличение интервального времени ∆tst волны Стоунли, по сравнению с измеренными значениями до ГРП, происходит в интервале увеличения проницаемости пород за счет ГРП. Кривые ∆ts дипольных зондов позволяет выявить направление развития трещины. Как правило, оно согласуется с направлением наиболее ослабленных, часто трещиноватых пород.На участках присутствия в цементном камне вертикальных каналов, а также при их сочетании с кольцевыми микрозазорами процесс ГРП может отражаться на диаграммах акустической цементометрии иным образом. В единственном в зоне разрыва интервале перфорации признаки развития трещины ГРП те же, что описаны выше. При нескольких интервалах перфорации гидроразрыв происходит только в некоторых из них, наиболее удачно зацементированных; изменение в них характеристик акустического поля уже описаны. В других интервалах перфорации, особенно если они характеризуются одновремѐнным присутствием вертикальных каналов и кольцевых микрозазоров, разрыв пластов по данным АКЦ не происходит. На ФКД усиливается влияние микрозазоров; проницаемость пород не изменяется.

Наиболее тщадящие нагрузки на обсадную колонну и цементный камень в затрубном пространстве происходят при воздействии на продуктивную часть разреза горючеокислительными смесями (ГОС). Контакт цементного камня с обсадной колонной практически не изменяется; незначительные интервалы ухудшения контакта происходит против каверн, образовавшихся при бурении скважины и, очевидно, не всегда полностью заполненных цементным камнем после тампонажа затрубного пространства. Про-ницаемость перфорированных интервалов по данным волны Стоунли увеличивается от ничтожно малой до средней, в других интервалах — от средней до высокой.

Таблица 1.2 - Критерии поинтервальной оценки герметичности затрубного пространства. 

Выводы.

Стандартная акустическая цементометрия на преломленных волнах (АКЦ) является основным и наиболее распространѐнным методомцементометрии. Еѐ недостатки и главный из них, –нецентрированное  положение скважинного прибора, – преувеличены. Не сказываются  на результатах интерпретации диаметр  и толщина стенки зацементированных  и незацементированных обсадных колонн, влияние которых находится  в пределах ошибок измерений; не нуждаются  в каком-либо учѐте предусмотренные  геолого-техническими нарядами толщины  заколонных зазоров и сроки проведения исследований АКЦ.

Определение контактов  цементного камня со стенкой скважины (горными породами) достигается исключительного  на основе регистрации объѐмных продольной и поперечной волн, распространяющихся в породах. Их регистрация, особенно поперечной волны, не распространяющейся в жидкости, одновременно свидетельствует  о прочном контакте камня с  обсадной колонной.

Результаты экспериментальных  скважинных исследований, выполненных  согласно методикам свидетельствуют, что три основных дефекта цементирования обсадных колонн, а именно: прерывистое пятнистое цементирование, обусловленное перемешиванием вытесняющей жидкости с цементным раствором, образование кольцевых микрозазоров между обсадной колонной и цементным камнем и вертикальных каналов в сформировавшемся камне,  – могут быть установлены средствами ГИС. Все они принадлежат диапазону изменения αк, который носит общее наименование “частичный контакт цементного камня с колонной”;а) прерывистое цементирование (интервал перемешивания вытесняющей жидкости с цементным раствором) устанавливают вблизи запланированного уровня подъѐма тампонажной смеси по фрагментам на фазокорреляционных диаграммах (ФКД) фазовых линий волны Лэмба в обсадной колонне, появлению на них аномалий, обусловленных муфтами, фрагментами объѐмных волн;

б) кольцевые  микрозазоры характеризуются одновременным  присутствием на ФКД колебаний волны  Лэмба в обсадной колонне и  колебаний объѐмных продольной, поперечной и поверхностной Стоунли волн, распространяющихся в горных породах и вдоль стенки скважины. Кольцевые микрозазоры практически непроницаемы для пластовых флюидов при достаточном удалении двух соседних пластов с разной насыщенностью;

в) вертикальные макроканалы в цементном камне  невозможно установить в зацементированной  колонне, если их раскрытие составляет менее 60 угловых градусов. Они образуются в интервалах прилегания обсадной колонны  к стенке скважины или другой внешней  колонны (технической, кондуктора), имеют  раскрытие более  60  угловых  градусов и характеризуются значениями затухания  αк, меньшими  24  дБ/м. Редко установленные (через  25  м и более) центрирующие фонари колонны  придают уверенность в том, что  дефект цементного камня обусловлен именно вертикальными каналами.

Стандартные приборы  акустической цементометрии диаметром  73-90 мм, прошедшие необходимую метрологическую  проверку и оснащѐнные центрирующими  устройствами, обеспечивают получение  кондиционных первичных данных в  вертикальных и слабонаклонных (до  45º)  скважинах, обсаженных колоннами  различного назначения (эксплуатационной, технической, кондуктором) диаметром  от  120 до 324 мм и вскрывшим консолидированные  осадки на глубинах более  30-40 м. В  этих скважинах высокое качество цементирования обсадных колонн, исключающее  заколонные перетоки пластовых флюидов  и нагнетаемых вод, и кондиционные материалы АКЦ получают при строгом  соблюдении требований к строительству  скважин: центрировании всех обсадных колонн  – кондуктора, технической, эксплуатационной; цементировании колонн смесью нормальной плотности (1,83-1,87 г/см³), приготовленной из свежего тампонажного цемента.Определение в перечисленных  скважинах механических контактов  цементного камня с обсадными  колоннами и полноты заполнения затрубного и межтрубного пространств  камнем обуславливает оценку герметичности  или негерметичности изоляции затрубных  пространств с достоверностью, равной 0,9-0,95.

Современные цифровые скважинные приборы и компьютерные средства обработки первичных данных позволяют оценить в многоколонных  конструкциях качество цементирования каждой колонны непосредственно  после еѐ цементирования и изменения  его состояния, если бурение продолжалось и в скважину опускали другие обсадные колонны. Оценка качества цементирования в многоколонных конструкциях каждой последующей внешней колонны  возможна при надѐжном (BI>0,8)  цементировании внутренних колонн.

Достоверное заключение о герметичности затрубного пространства базируется на определении следующих  параметров: высоты подъѐма цементного раствора в затрубном или межтрубном пространстве, полноты заполнения цементным  камнем затрубного пространства, степени  контактов по прочности и площади  цементного камня с обсадной колонной и стенкой скважины или внешней  колонны, выявления дефектов цементного камня – кольцевых микрозазоров между ним и обсадной колонной и вертикальных макроканалов. Для  подготовки заключения необходимы данные трѐх методов цементометрии: стандартной  акустической (АКЦ), радиометрической (ТМ и ДФ) и акустического сканирования. В частности:

а) комплекс данных стандартной акустической цементометрии, сведений об оснастке обсадной колонны, изложенные в акте на еѐ спуск, и  радиометрической гамма-гамма-толщинометрии (ТМ) и  -дефектометрии (ДФ) позволяют  установить интервалы эксцентричного положения обсадной колонны и  предположить образование вертикальных каналов в таких интервалах;

б) комплекс данных стандартной акустической цементометрии  и акустического сканирования устанавливает  существование за обсадной  колонной незаполненных цементным камнем пустот, в том числе вертикальных каналов, но не объясняет причины  их образования;

в) однозначное  доказательство и объяснения герметичности  либо негерметичности затрубного пространства, основанное на решении всех перечисленных  выше задач цементометрии, в том  числе выявление кольцевых микрозазоров и вертикальных каналов, достигается  при комплексировании всех трѐх методов  цементометрии. 
 
 
 
 
 
 
 

Используемая  литература. 

1. 1. Конысов  А. К., Козяр Н. В. Акустическая цементометрия обсадных колонн приборами с цифровой регистрацией данных // Актау. 2009. 192с.
2. Козяр Н. В., Земсков В. А. Оценка качества цементирования обсадных колонн по данным двухчастотной акустической цементометрии // НТВ “Каротажник”. Тверь: Изд. АИС.2005. Вып.5-6 (132-133). С.263
3. Применение комплексных аппаратов для одновремѐнного вторичного вскрытия и интенсификации притоков / В. Павлов, В. Романенко, В. Любимов и др. // Материалы Международной конференции Geopetrol-2004. Секция IV.С.585-891
4. Конысов А. К. Определение герметичности затрубного пространства геофизическими методами // “Геофизика”. 2009. №4. С.65-69
5. Сковородников И. Г. Геофизические исследования скважин: Учебное пособие. Екатеринбург: Институт испытаний, 2009.