Способ определения высоты подъема тампонажного раствора и мест неполного вытеснения бурового раствора за обсадными колоннами скважин Советский патент 1988 года по МПК E21B47/04 

Изобретение относится к области геологоразведочных работ, в частноети к способам-определения высоты подъема тампонажного раствора и мест неполного вытеснения бурово.го раствора за обсадными колоннами скважин дри их цементировании.

Цель изобретения - сокращение времени и повышение точности определения высоты подъема тампонажного раствора и мест неполного вытеснения бурового раствора за обсадными колоннами сква- ин.

На фиг.1 представлен пример изме- нения величины амплитуды волн Лэмба в зависимости от времени формирования цементного камня (1 - время последова тельных замеров; 2 - положение цементного раствора за колонной) ; на (фиг. 2 - пример определения уровня ;Подъема тампонажного раствора с помощью регистрации амплитуды волны Лэмба.

Способ осуществляют следующим об- разом,

В обсадную колонну -скважины спускают аппаратуру акустического контроля цементирования, регистрируют амп литуду акустических волн, дополни- тельно возбуждают в жидкости, запол- няющей колонну, волну Лэмба, регист- рируют ее амплитуду, а по величине превышения зарегистрированной амплитуды волны Лэмба- над уровнем сигнала в колонне, залитой снаружи буровым раствором, судят о высоте подъема тампонажного раствора и местах неполного вытеснения бурового раствора за обсадными колоннами скважин.

Сущность способа состоит в следующем.

Известно, что оптимальное условие возбуждения волн Лэмба в жвдкости, заполняющей скважину, выполняется прк равенстве длины волны упругого коле бания в жидкости двум диаметрам скважины: j 2 DC.

Как быпо установлено в ходе экспериментальных исследований, амплитуда волн Лэмба (гидроволн), распространяющихся по жидкости, заполняющей колонну, обладает высЬкой чувствитель ностью к фазовому состоянию тампонажного раствора, находящегося в зако- лонном пространстве. По мере изменения фазового состояния тампонажного раствора при переходе его от жидкого к твердому состоянию чувствительность

(реакция) амплитуды волн Лэмба на присутствие цементного раствора-уменьшается до тех пор, пока полностью не исчезнет (фиг.1). Это объясняется особым механизмом влияния вязкости вещества в заколонном пространстве на условия оптимального возбуждения волн Лэмба (гидроволн) в жидкости, заполняющей колонну. По мере изменения вязкости тампонажного раствора в процессе его формирования при переходе от жидкой фазы к твердой изменяются условия оптимального возбуждения волны Лэмба. При этом по мере твердения (формирования) тампонажной смеси амплитуда волны Лэмба возвращается к своему пррроначальному уровню (значению), который она имела до за поочнения заколонного пространства цементным раствором.

Экспериментальные исследования на моделях зацементированных колонн (фиг.1) и измерения на скважинах (фиг.2) показали, что в первый момент после заполнения заколонного пространства тампонажной смесью ин- терваль ее присутствия за колонной отмечаются повышенной (в 1,6-1,8 раза) велич иной амплитуды волн Лзмба по сравнению с участками колонны, где жидкость за колонной представлена не тампонажным раствором, а водой или буровым раствором. Такими участками могут быть граница между буровым- и тампонажным растворами, а также места с неполным вытеснением бурового раствора (каверны, эксцентричное положение колонны и т.п.). Участки перехода от больиих амплитуд волн Лэмба к малым ее значениям служат диагностическим признаком наличия в заколонном промежутке несформировавшегося тампонажного раствора. По мере протекання процесса формирования граница перехода между буровым и тампонажным растворами б-удет сглаживаться до тех пор 5 пока не исчезнет полностью.

Несмотря на то, что время регистрации воли Лэмба (от момента излучения) и время прихода отраженных (ре- верберационны.к) волн (по известному способу) может в отдельных случаях совпадать, это не может служить причиной их отождествления. Если время прихода (регистрации) волны Лэмба зависит, главньм образом, от размера базы зонда и упруго-поглоща1ощ 1х

свойств стенок обсадной колонны,то время регистрации отраженных волн зависит, главным образом, от соотношения размеров отдельных секций обсад- ной колонны с базой зонда. Кроме того, отраженные (реверберационные) волны имеют время прихода, которое в каждый момент врейени определяется положением акустического зонда отно- сительно ближайших муфтовых соединений колонны, от которых происходит их многократное отражение. Основной составляющей пакета отраженных (ре- верберационных) волн являются про- дольные волны, которые имеют макси- мальную скорость распространения в материале стенок колонны ( м/с) и минимальное рассеяние (затухание). При этом в пределах основного цуга колебаний реверберационные волны подавляются более интенсивными колебаниями продольных, поперечных и гидроволн, распространяющихся от излучателя к приемнику по колонне и жидкое- ти, и только в пределах их малоинтенсивного хвоста появляется возможность вьщеления волн реверберации. Преобладающая составляющая частотного спектра отраженных волк является высо- кочастотной, поскольку она представ- лена, в основном, колебаниями продольного типа. Известно также, что время прихода гидроволн (волн Лэмба), возбуждаемых в жидкости, заполняющей колонну, определяется скоростью про- дольных волн в жидкости и поперечных в материале стенки колонны, а также отношением плотностей скважинкой жидкости и колонны.

В то же время, гидроволны имеют преобладающий частотный спектр в области самых низких частот, определяемых по формуле

fL VL/2D,(1)

где V - скорость в жидкости; D, - диаметр колонны.

Таким образом, регистрацию амплитуды отраженньк волн можно осуществлять только в районе хвоста цуга основных колебаний в пределах прои.э- вольного временного диапазона (окна) рпоскольку автоматическая регистрация времени их прихода исключена из-за их малой интенсивности.

Чтобы повысить соотношение уровня регистрируемых отраженных (ревербера- ционных) волн по сравнению с уровнем основного сигнала обычно применяют

5

0

5

прием высокочастстной фильтрации и регистрируют интенсивность выделенного сигнала в пределах временного окна максимальной большой длительности. Регистрация аьтлитуды гидроволн (типа волн Лэмба) при условии их возбуждения в скважине -в оптимальном режиме, т.е. в соответствии с формулой (1), может осуществляться в автоматическом режиме по моменту прихода, чему в значительной степени способствует низкочастотная (рйльтрация, либо путем амплитудной дискриминации, поскольку при возбуждении в оптимальном режиме волна Лэмба превосходит все остальные типы волн по амплитуде на порядок и более.

В связи с тем, что реверберационные волны существуют в широком временном диапазоне и регистрируются ввиду их низкой интенсивности способом ожидания в пределах произвольного временного окна на конце цуга малоинтенсивных регулярных колебаний, а волны Лэмба - в режиме автоматического слежения ; то в отдельные моменты времена их прихода могут совпадать.

Однако существенное различие в интенсивности и частотном спектре этих типов волн позволяет регистрировать их практически полностью, исключив взаимное влияние друг на друга.

Формула изобретения

Способ определения высоты подъема тампонажного раствора и мест неполно- го вытеснения бурового раствора за обсадными колоннами скважин, включающий спуск аппаратуры акустического контроля цементирования в обсадную, колонну, возбуждение акустических волн и регистрацию их амплитуды,: отличающийся тем, что, с целью сокращения времени и повышения точности определения высоты подтема тампонажного раствора и мест неполного вытеснения бурового раствора за обсадными колоннами cKBasiiH., воз- бу вдают в жидкости, заполняющей колонну, волну Лэмба, затем регистрируют ее амплитуду, а по величине превышения зарегистрированной амплитуды над уровнем сигнала в колонне, залитой снаружи буровым раствором, судят о высоте подъема тампонажного раствора и местах неполного вытеснения бурового раствора.

Изобретение относится к геологоразведочным работам. Цель изобретения - повышение точности определения высоты подъема тампонажного раствора и мест неполного вытеснения бурового раствора за обсадными колоннами скважин. Спускают аппаратуру акустического контроля цементирования в обсадную колонну. Возбуждают в жидкости, заП(Элняющей колонн ; волну Лэмба. Затем регистрируют амплитуду этой волны. По величине превышения зарегистрированной амплитуды над уровнем сигнала в колонне, залитой снаружи буровым раствором, судят о высоте подъема тампонажного раствора и местах неполного вытеснения бурового раствора. Амплитуда волн Лэмба обладает высокой чувствительностью к фазовому состоянию раствора, находящегося з заколон- ном пространстве, В связи с отцеству- ющим размолом в интенсивности между реверберационнымн волнами и волнами Лэмба данный способ позволяет регистрировать их полностью, исключив взаимное влияние одной на другую. 2 ил. (Л