Способ контроля цементирования нефтегазовых скважин Советский патент 1982 года по МПК G01V1/40 E21B49/00 

(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАН1-1Я НЕФТЕГАЗОВЫХ

СКВАЖИН

Изобретение относится к промысловогеофизическим исследованиям скважин и может быть использовано при исследовании качества цементирования в сложных геолого-технических условиях. Известны способы изучения качества цементирования, основанные на исследовании колебаний, возбужденных акустичес кими преобразователями в виде волн давления в скважинной жидкости, и регистрации в виде образующихся при этом преломленных волн-на стенке колонны 1 и t 2 1. Недостатком способов является относительно низкий диапазон частот колебаний и сильное влияние неоднородности скважинной жидкости на амплитуды изучаемых волн, обусловленное затуханием высокочастотных колебаний. Известен способ оценки качества цементирования, основанный на возбуждении источником акустических импульсов колебаний трубы, резонансных для каждого излучаемого ее участка 3 Недостатком этого способа является малая амплитуда колебаний колонны, а также сложность системы, перестраивающей излучатель на различные резонаноные частоты, и независимость алгоритма перестройки от условий измерений (например, при наличии неоднородной жидкости) . Известно также устройство, включающее щуп (резец), передвигающийся по стенке скважины вдоль ее оси и сигнализирующий о неровностях стенки скважины посредством акустического датчика. Двигая щуп по стенке, в нем возбуждают механические колебания, частота которых определяется структурой неровностей стенки 4. Однако устройство характеризуется недостаточной информативностью при исследованиях состояний внешних контактов колонны с цементным кольцом (амплитуда колебаний щупа зависит только от шероховатостей внутренней стенки колонны). Наиболее близким к предлагаемому по технической сугигаости является способ контроля цементирования нефтегазовых скважин, основанный на измерении амплитудно-частотных характеристик колебаний, механически возбуждаемых в обсаженной колонной скважине. Способ основан на использовании в качестве излучателя электромагнитного ударного механизма, наносящего при дви жении прибора по скважине непрерывные удары по колонне, что дает возможность повысить энергию колебаний sj. Однако спектр колебаний имеет явно выраженный низкочастотный характер (единицы килогерц), что приводит к определенному ограничеютю информативное- ти исследований. Кроме того, регистрир ется только преломленная волна, л амплитуда радиальных колебаний, соответствующих этой продольной волне, не пре вышает единиц микрон, что обуславливает и низкую чувствительность к дефектам на конткате цемент - колонна. Недостатком является и.относительная сложность схемы скважинного прибора для реализации способа. Цель изобретения - повышение чувc5гвитeльJ ocти к дефектам цементирования на контакте колонны с цементом. Цель достизтается тем, что согласно способу контроля цементирования нефтегазовых скважин, основанном на измерении амплитудно-частотных характеристик колебаний, механически возбуждаемых в обсаженной колонной скважине, возбуждают колебания колонны, используя энер гию движения прибора, механически фиксируемого относительно стенок колонны плоскими пластинчатыл/ И фиксаторами, производят регистрацию максимальных амплитуд возбужденных колебаний при скорости, обеспечивающей их частоту не выше резонансной для данной колонны затем повышают давление в скважине и повторяют регистрацию при повышенном давлении, а дефекты цементирования выделяют по уменьшенш.о при давлении регистрируемых ампл:итуд колебаний и их средних периодов. Способ реализуется скважинным прибором, регистрирующим основные харак теристики шумов (например, амплитудны и частотных). Для этого при движении с произвольной скоростью (например, 6ОО-12ОО м/ч) прибора (например, мо дифидированного АКЦ-Зб) с фиксаторами его положения в скважине возбуждают шумовые колебания и затем подбирают скорость движения так, чтобы, максималь- ные амплитуды колебаний в незацементированной колонне частоту не выше частоты радиального резонанса для колонны данного диаметра (например, для стандартной колонны диаметром 146мм- порядка 12кГц.) При этом, поскольку обшая энергия трения фиксаторов остается примерно постоянной по стволу, постольку изменения амплитуд регистрируемых нормальных радиальных колебаний (а также го. ловных волн, прошедших на участке от фиксатора до приемщжа) будут обусловлены различием затухания за счет изменяющегося характера контакта колонны с цементом кольцом. Регистрация колебаний обеспечивается приемником с круговой характеристикой направленности, раоположенным таким образом, чтобы точки касания колонны фиксаторами находились в области максимальной его чувствительности, t Способ осуществляют следующим образом. Поскольку чувствительность к.дефектам контактного типа тем больше, чем больше радиальные составляющие колебаний колонны, а последние наиболее велики на частотах радиального резонанса, колонны, причем для участков зацементированной колонны частота резонанса снижается до величин порядка 6-8 кГц, то задача сводится к возбуждений колебаний с частотами, близкими к собственному резонансу излучаемого участка колонны. В частности для стандартной колонны диаметром 146 мм это будут частоты в диапазоне 4-12 кГц. При выбранном способе регистрации регистрируемая амплитуда будет соответствовать резонансной для данного участка, Дополнительно амплитуду исследовательских колебаний можно поднять повышением интенсивности трения за счет увеличения скорости движения: прибора. Более детальный порядок операций в следующем. Для возбулоден 1я колебаний колонны на скважинный акустический прибор, содержащий приемник звуковых колебаний, надевают центратор, состоящий из 3-4-пластинчатых металлических фиксаторов, касающихся стенок колонны и упруго фиксирующих полох ение прибора.

Источником колебаний колонны является трение фиксатора в точке его касания с колонной, а также излучение в колонну других участков фиксатора.

Учитывая целесообразность испопьзования наиболее интенсивных колебаний, а также различную информативность их частотных составляющих, необходима приближенная оперативная оценка характера спектра. Для этого регистрируют макс№мальную амплитуду и средний период колебаний (фиксируют с частотой 25 Гд мгновенные их значения и регистрируют осреднения интегратором).

Поскольку чувствительность к крупным дефектам цементирования повышается тем больше, чем выше амплитуда воз-г буждающих колонну колебаний, то повышают скорость движения прибора так, чтобы в области 4-12 кГд получить наибольшие амплитуды колебаний. Повышение скорост при которой основной максимум спектра смешается в областивыше 12 кГц, нецелесообразно в связи с уменьшением величины максимума (в этом случае проИСХОДИТ уход от резонанса зацементированной колонны). В области частот ниже 4 кГц искажающее влияние в регистрируемые колебания может вносить внутриколонный поток жидкости.

Такие механически возбужденные колебании определяются резонансными свойствами колонны с цементом и фиксаторов но зависят и от состояния шероховатости внутренней поверхности колонны. Поэтому целесообразно использовать сравнительные измерения, исключающие такое влияние, в частности повторные замеры при нормальном и повышенном давлении в колонне.

Деформация колонны относительно цемента или (при заколонном сообщении) цемента относительно колонны позволяет выделить дефекты, имеющие изменяемую часть, а высокая амплитуда механических колебаний обеспечивает выделение дефектов, раскрытость которых значительно больше, чем раскрытость дефектов максимально различимых при исследовании регуляторными колебаниями на частотах порядка 2О-30 кГц.

Взаимосвязь регистрируемых предлагаемым способом колебания с качеством цементирования обусловлена тем, что соб- ственная частота колебаний колонны снижается с увеличением плотности контакта цементного кольца с ней. При этом снижении (относительно резонансной частоты для свободной колонны рассмотренной конструкции) регистрируемые вынужденные колебания будут иметь тем боль щую амплитуду, чем ближе сниженная (за счет контакта с цементом) частота зацементированной колонны к частоте вынуждающих колебаний центраторов (для рассмотренной конструкции к агашратуре AKU-36 4-8 кГц).

Кольцевые зазоры между цементом и колонной, соизмеримые с нормальными колебаниями колонньг, вносят наибольшее ослабление в вoзбyждae выe трением колебания. В таких интервалах доля резонансных нормальных колебаний снижается (частота системы становится значительно Еыше частоты вынужденных колебаний и возрастает доля колебаний, обусловлеви ных преломленной волной.

Давление выбирают из условия наибольшей допустимой деформации данного типа колонны, обычно поояпка от опрессовочного ( кгс/см2).

Регистрация максимальных амплитуд может производиться как путем соответствующего слежения с измерением среднего периода выделенной амплитуды, так и путем выделения фильтром, настроенным на полосу 6-12 кГц.

Возбуждаемые в колонне волны достаточно интенсивны, чтобы быть зарегистрированными в случае отсутствия жидкости в колонне (снижение регистрируемых амплитуд при заглушенной прямой волне не превышает двухкратного).

Положительный эффект способа связан с упрощением скважинной измерительной системы (достаточен усилитель и приемник), возможностью приближенной оценки качества цементирования в случае большего газосодержания флюида, заполняюще го скважину.

Регистрируемые таким способом амплтуды могут быть также использованы для введения поправок в величины шумов, характеризующих различные потоки в скваживе.

Кроме того, в связи с большой амплитудой колебаний, возбуждаемых в колонне, удается расширить диапазон величин изучаемых дефектов цементироватга.

Проверка информативности регистрируемых колебаний указывает на наличие связи их с дефектами цементирования, определяемыми стандартным ,методом. Kpravie того, проверка в динамическом режиме указывает на связь выделяемых дефектов с дефектами, сообщение кото- по заколонному пространству между пластами установлено по промысловым данным. Формула изобретения Сяособ контроля цементирования нефтегазовых скважив, основанный на измерении амплитудно-частотных характеристкк колебаний, механически возбуждаемых в обсаженной колонной скважине, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности к дефектам цементирования на контакте коло ны с цементом, возбуждают колебания колонны, используя энергию движения прибора, механически фиксируемого относительно стенок колонны плоскими пластинчатыми фиксаторами, производят регистрацию максимальных амплитуд воз94 бужденных колебаний при скорости, обеспечивающей их частоту не выше резонансной для данной колонны, затем повышают давление в скважине и повторяют регистрацию при повышенном давлении, а дефекты цементирования выделяют по уменьшению при давлении регистрируемых амплитуд колебаний и их средних периодов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 4240О9, кл. G 01 V 1/40, 1973. 2.Авторское свидетельство СССР № 330247, кл. Q 01V 1/40, 1969. 3.Патент Англии № 20029О2, кл, G 01 W 13/ОО, опублик. 1977. 4.Авторское свидетельство СССР № 59109, кл. Е 21 В 47/00, 1939. 5.Авторское свидетельство СССР № 194694, кл. Е 21 В 47/00, 1964 (прототип).