Способ оценки качества цементирования нефтегазовых скважин Советский патент 1982 года по МПК E21B47/00 E21B47/14 

(54) СПОСОБ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ НЕФТЕГАЗОВЫХ СКВАЖИН Изобретение относится к промысловогеофизическим исследованиям при работах по заканчиванию скважин и может быть использовано при прогнозной оценке качества изоляции нефтегазоносных .пластов. Известны акустические методы исследования качества цементирования скважин, Например, способ определения затрубного движения ЖИДКОСТИ в скважине путем создания повышенного давления внутри обсадной колонны. При с целью оценки качества изоляции регистрируют амплитуду продольных волн по колонне одновременно с Непрерывным повышением давления На устье скважины 1. Важным показателем качества цементирования является и напряженность цементного кольца. Наиболее близким к предлагаемому является способ определения напряженного состояния цементного кольца, т. е. состояния характеризуемого повышенной тангенциальной составляющей контактного давления цементного кольца на обсадную колонну, основанный на изучении характерных точек зависимости амплитуд продольной волны по колонне от величин пониженного И.ЯИ повышенного давления жидкости внутри колонны. Участки напряженного цементного кольца определяются отсутствием при депрессии заметного увеличения кольцевого зазора между цементом и колонной, такие участки обычно характеризуются образованием остаточных деформаций цементного кольца при воздействии опрессовки, перфорации и т. п. 2. Недостатками этого способа являются нарушение плотности контакта цементного камня с колонной, растрескивание цементного кольца в случае его низкой механической прочности и соответствующее искажение результатов при последующей оценке качества цементирования, относительная трудоемкость операций по осуществлению способа. Цель изобретения - повышение точности оценкиУказанная цель достигается тем, что в способе оценки качества цементирования нефтегазовых скважин, основанном на измерении амплитуд продольной волны по колонне в заданном интервале, производят измерения амплитуд продольной волны по

колонне тремя акустическими зондами, имеющими различную чувствительностъ к раскрытости объемных каналов в цементном кольце, определяют отношение разностей амплитуд продольной волны по колонне по двум парам различных сочетаний зондов, и о наличии напряженного состояния цементного кольца судят по величине соответствующего отнощения.

Определяемое указанным способом отношение разностей амплитуд позволяет определить форму графика, характеризующего состояние напряженности цементного кольца, а на этой основе выделить участки скважины, наименее устойчивые к механическим нагрузкам.

На фиг. 1 приведены группы графиков, отражающих зависимости величины амплитуды продольной волны по колонне (А) от величины угловой раскрытости объемного вертикального канала для ненапряженного (1) и напряженного (И) цементного кольца. Графики получены зондами увеличивающейся длины (щифр графиков в каждой из групп означает длину зонда в метрах); на фиг. 2 - диаграммы амплитуд АХ, характеризующие дефектность цементного кольца при выделении участков ненапряженного его состояния; I - предлагаемым способом, II и III - способом депрессии при освоении; на фиг. 3 ,- примеры нарушений цементного кольца в результате перфорации.

Способ осуществляется следующим образом.

Тремя зондами,имеющими различную чувствительность к раскрытости объемных каналов, например, зондами различной длины, производят измерения амплитуд АК в исследуемом участке скважины и определяют величину отношения разности амплитуд АК по первой паре зондов и разности амплитуд по второй паре зондов, например лА/1) и дАа(1) (фиг. 1).

Определенное таким образом отношение зависят от формы (выпуклая или вогнутая) графиков типа указанных на фиг. 1. Форма графиков характеризует, в свою очередь, ненапряженное или напряженное состояние цементного кольца. 8 первом случае указанное отношение меньше единицы, во втором больше (для зондов произвольной длины указанное отношение в интервалах напряженного цемента возра:стает по сравнению с отношением в интервалах ненапряженного цемента).

Связь подобного отношения и формы любого из графиков в группе обусловлена эквивалентностью каждой из амплитуд АЛ (например 1, 2, 3 или Г, 2, 3), полученных одним зондом для различных раскрытостей канала (в точках 1-3 на фиг. 1) амплитудам Ац, полученным различными зондами для одной раскрытост« канала (например, амплитуды АИ в точках пересечения вертикали I с трафиками, соответствуюшими зондам различной длины в группе I или в группе II на фиг. I).

Указанная эквивалентность допускает использовать для определения формы графика зависимости амплитуд АК от раскрытости канала вместо трех точек, соответствующих различной раскрытости. каналов, отношение амплитуд Ац, полученных в одной точке тремя зондами.

Наиболее эффективно использовать зонды с примерно одинаковой разностью длин

в последовательных парах (фиг. 1) или с равномерным нарастанием чувствительности к раскрытости канала в последовательных парах, так как при этом изменение отношений переходе от ненапряженного к напряженному цементному кольцу наиболее велико (в случае ненапряженного кольца отношение 1, в случае напряженного - 1). Однако и при произвольном выборе зондов напряженное цементное кольцо будет отличаться относительным увели0 чением указанного отношения разностей амплитуд. Для проверки правильности выделения интервалов ненапряженного состояния цемента может быть взято отношение разностей амплитуд в интервале каверны

, с объемными дефектами цементирования, где наиболее вероятно только прилегание цемента к колонне на части ее поверхности при отсутствии тангенциальных и радиальных напряжений в цементном кольце.

0 Увеличение отношения разностей амплитуд в других интервалах по сравнению с указанными не менее чем в 1,5 раза на величину, большую тройной ошибки измерения амплитуд свидетельствует о наличии напряженности цементного кольца.

5 Под напряженным понимаем такое сосстояние контактов цементного кольца, когда его внутренними силами создается некоторое давление, приложенное к стенке обсадной колонны и компенсирующее ослаблеQ ние контактного усилия при усадочной деформации колонны, например, при снижении давления в ней. В связи с этим качество контактов цементного кольца с колонной (характеризуемое, например, амплитудами продольной волны по колонне Ад при

5 указанных условиях не изменяется, В случае же ненапряженного состояния цементного кольца (прилегания его к колонне без усилия) качество его контактов с -колонной при снижении давления в ней ухудшается (возрастает соответствующий кольцевой

зазор).

Предлагаемый способ реализован в скважине 14065 (в связи с сложным характером насыщенности объектов испытания нижняя часть исследовалась зондами различНой чувствительности - зондами различных эквивалентных длин - 1,5; 1,0; 0,7 м). Производят измерения амплитуд АК в исследуемом участке скважины и определяют отнощения разности амплитуд Aj первой пары зондов к разности амплитуд второй пары.

Сопоставление диаграмм по зондам различной чувствительности (фиг. 2-1) показало, что различие отношений дА к aAj. в соседних интервалах существенно. В интервалах, где отношение больше 1,0 и, следовательно, график соответствуюш,ей зависимости имеет вогнутую форму, цементное кольцо имеет напряженное состояние (см. отношение в колонне фиг. 2-I), где меньшее 1,0 - ненапряженное.

При освоении объекта, расположенного в интервале 1635-37 м, в скважине были проведены исследования аппаратурой АКЦ36 до снижения давления (фиг. 2-П) и при депресси и 40 кгс/см (фиг. 2-Ш). В участках скважинь, где предполагалось ненапряженное состояние (отношение меньше 1,0), отмечено существенное возрастание амплитуд АК (фиг. 2-Ш), что указывает на увеличение кольцевого зазора между цементом и колонной не менее, чем на 30 микрон.

В участках же, где предполагалось напряженное состояние (отношение больше 1,0), изменение контактов цемента с колонной при депрессии отсутствует (фиг. 2-Ш), что указывает на наличие некоторой компенсационной деформации цементного кольца прИ| усадочной деформации колонны. Таким образом, положение участков, где при освоении контакты цемента ухудшаются, прогнозируется достаточно определенно.

Экономическая эффективность предлагаемого способа обусловлена возможностью прогнозного выделения участков скважины с нарушением контактов цемента с колонной при освоении, а также с аномальным нарушением цементного кольца в результате сильного воздействия на колонну (например, при перфорации участков, где цементное кольцо не имеет жесткой опоры На стенку скважины) и соответствующей корректировки подобных воздействий, обеспечивающей ее наименьщее влияние.

Применение предлагаемого способа полезно и для прогнозирования интервалов

нарушений цементного кольца при воздействии опрессовки И перфорации. Сейчас такой прогноз возможен лишь по косвенным признакам. Например, по скважине 201 (2 и 3 замеры АИ до и после перфорации) перфорация через 40 ч после заливки приводит к значительному нарушению контактов цемента (что возможно обусловлено напряженным состоянием высокопрочного цемента). В то же время по скважине 118 в идентичных геолого-технических условиях (5 и 6 - замеры АИ до и после перфорации) перфорация подобной мощности не приводит к ухудшению контактов (что возможно обусловлено увеличенным кольцевым зазором). Предлагаемый способ позволяет получить такую информацию по исследованиям до перфорации и уменьшить время простоя скважины перед освоением.

Формула изобретения

Способ оценки качества цементирования нефтегазовых скважин, основанный на измерении амплитуд продольной волны по колонне в заданном интервале, отличающийся тем, что, с целью повышения точности оценки, производят измерения амплитуд продольной волны по колонне тремя акустическими зондами, имеющими различную чувствительность к раскрытости объемных каналов в цементном кольце, определяют отношение разностей амплитуд продольной волны по колонне по двум парам различных сочетаний зондов, и о наличии напряженного состояния цементного кольца судят по величине соответствующего отношения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 447503, кл. Е 21 В 47/10, 1974.

2. Крылов Д. А. Шишин К. А. Определение дефектов в цементном кольце и напряженности его контактов РИТС, «Бурение, М., ВНИИОЭНГ 1973, № 3, с. 41-44 (прототип). AAj(I) hW i. 0.1I ) I Be/Jut uHa рсгскрытост 180 Риг. 1 ffHa/io f zpcfd.

yicc eSoSwua зондами pKS ucfHOU Ч1/дстдитс/1ьносгпи фу дтны эквидааентнык зондаб /} м п /I и т у д ы

фиг. 2. Исс/1еШания при освоении (КЦ -36) При депрессии ОкГс/смКонтро/1ьныи замер АК

фиг.5