Контроль цементирования скважин
Основные факторы, определяющие качество цементирования обсадных колон, это ― фактическая высота подъема цемента в затрубном пространстве и ее соответствие проектной высоте; равномерность распределения цемента в затрубном пространстве и отсутствие в нем трещин, пустот и других дефектов; схватывание цементного камня с обсадной колонной и горной породой.
Контролируют качество цементирования с помощью термометрии, акустического и гамма - гамма - методов, метода радиоактивных изотопов.
ТЕРМОМЕТРИЯ
Термометрия для контроля цементирования
Определение
местоположения цемента в затрубном
пространстве по данным термических
исследований основано на фиксировании
тепла, выделяющегося при твердении
цемента в процессе экзотермической
реакции. Метод позволяет установить
верхнюю границу цементного кольца и
наличие цемента в затрубном пространстве.
Зацементированный интервал отмечается на термограмме повышенными значениями температуры на фоне общего постепенного возрастания ее с глубиной и расчлененностью кривой по сравнению с кривой против незацементированных участков скважины (рис.1,а).
В
рис.1 Определение уровней подъема цемента по данным термометрии и плотностного гамма-гамма-метода
еличина температурной аномалии у верхней границы цементного кольца определяется:1)физико-химическими свойствами цемента и его количеством в данном интервале;
2)временем, прошедшим с момента схватывания цемента до начала измерений;
3) геологическими и техническими условиями проведения тампонажных работ
Цементы различных марок отличаются неодинаковым временем твердения, количеством выделяющегося тепла и максимальной температурой. Максимальные температуры при экзотермической реакции наблюдаются в интервале 6-16 часов после окончания заливки цемента, а наибольшие температурные аномалии можно зафиксировать в промежутке времени от 6 до 24 часов. Чем больше цемента участвует в реакции, тем значительнее тепловой эффект.
Сильная дифференциация температурной кривой в интервале нахождения цемента обусловлена литологическими особенностями и кавернозностью разреза. Как правило, песчаным породам соответствуют пониженные температурные аномалии, глинистым - повышенные. Песчаные породы, имеющие наименьшее тепловое сопротивление, значительно быстрее отдают тепло в окружающую среду, чем глины, тепловое сопротивление которых выше. Кроме того, в глинистых породах чаще всего образуются каверны, в которых скапливается значительное количество цемента.
Калибровка аппаратуры
Э
талонные
средства измерений ―
установка УАК-СТМ-150/60 для автоматической
калибровки скважинных термометров,
термостаты «Конвектор» и ТМ-250.
Д
рис.2 Схема термокамеры термостата Конвектор (а) и распределение температуры по ее длине (б): 1-сосуд термокамеры, 2-скважинный прибор, 3-термометр ТС-250, 4-чувствительные элементы
ля нахождения основной погрешности термометров с верхним пределом измерений до 150оС применяют жидкостные термостаты типа «Конвектор» с естественной циркуляцией (конвекцией) теплоносителя (рис.2), отличающиеся простотой конструкцией термостата, высокой надежностью работы и небольшими капитальными затратами. Характеристики основной погрешности термометров определяют при погружении в термостат не только датчика, но и охранного кожуха СПТ, в котором заключены элементы электрической системы.
Д
рис. 3 Термостат ТМ-250. 1-съемная крышка верхнего теплового экрана, 2-основание верхнего теплового экрана, 3-фланец, 4-датчик скважинного прибора, 5-электронный преобразователь скважинного прибора, 6-нагреватель, 7-образцовый термометр ТС-250 (без охранного кожуха), 8-алюминиевый блок, 9-основание нижнего теплового экрана, 10-крышка нижнего теплового экрана
ля определения основной погрешности термометров с верхними пределами измерения 200-250оС целесообразно применять термостаты ТМ-200, ТМ-250, УТМ-УП250, основанные на передаче тепла путем теплопроводности в металлическом термостатирующем блоке. Термостат ТМ-250 (рис.3) предназначен для реализации метода калибровки термометров без охранного кожуха, что позволяет уменьшить габаритные размеры и массу термокамеры, уменьшить затраты времени на проведение калибровки.
Установка УАК-СТМ-150/60 (рис.4) предназначена для автоматизированной градуировки и калибровки скважинных термометров, метрологической обработки результатов измерений и оформления протоколов и сертификатов о калибровке.
К
рис.4 Установка УАК-СТМ-150/60
онструктивно установка состоит из термокамеры в виде стеклопластиковой трубы с электронагревателями, циркуляционного насоса, блока воспроизведения гидростатического давления, блока управления, четырех эталонных датчиков температуры, одного датчика давления, исполнительных механизмов и персонального компьютера.Эта установка позволяет калибровать одновременно от одного до четырех скважинных приборов в зависимости от диаметра их корпуса. Программное обеспечение позволяет изменять настройки точек контроля по температуре и давлению при его возрастании.
ГАММА-ГАММА-МЕТОД
ГГМ-п для контроля цементирования
Широко распространены в настоящее время исследования цемента за колонной с помощью гамма-гамма-метода. Этот метод контроля качества цементирования обсадных колонн основан на регистрации рассеянного гамма-излучения при прохождении гамма ― квантов через изучаемые среды различной плотности. Поскольку цементный камень и промывочная жидкость значительно различаются по плотности, а интенсивность вторичного гамма-излучения Iyy находится в обратной зависимости от плотности, то на регистрируемой кривой ГГМ достаточно четко выделяются участки с цементом и без него.
Гамма-гамма-метод позволяют:
Установить высоту подъема цемента;
Определить наличие цемента и характер его распределения в интервале цементирования;
Фиксировать наличие переходной зоны от цементного камня к раствору (гель-цемент);
Выявить в цементном камне небольшие раковины и каналы;
определить эксцентриситет колонны
Для контроля качества цементирования обсадных колонн может применяться одноканальная аппаратура с регистрацией одной кривой ГГМ, трехканальная аппаратура с регистрацией трех кривых ГГМ (три индикатора расположены под углом 120о), четырехканальная с регистрацией четырех кривых ГГМ (четыре индикатора расположены под углом 90о) и одноканальная с зондом, коллимированным по радиальному углу в пределах 30-50о и вращающимся в процессе измерений с заданной угловой скоростью при подъеме прибора.
Интерпретация цементограмм состоит в следующем. Степень дифференциации кривых ГГМ определяется параметром Iyy max/ Iyy min, т.е. отношением максимальных и минимальных показаний рассеянного гамма-излучения в изучаемом интервале глубин. Чем больше отличается это отношение от единицы в данном сечении скважины, тем меньше цементирована колонна и менее равномерно распределен цемент в затрубном пространстве. При использовании трехканального цементомера все три кривые ГГМ записываются одновременно на одной фотоленте.
Возможны следующие варианты оценки качества цементирования скважин.
1. Кривые ГГМ совпадают, т.е. показания Iyy одинаковые (рис.1,б). В этом случае колонна цементирована и затрубное пространство целиком заполнено цементом или промывочной жидкостью. Уровень показаний в жидкости выше, чем в цементе, за счет различия их плотности.
2. Две кривые ГГМ совпадают и характеризуются более высокими показаниями, чем третья (рис.1,б,II). Колонна расположена эксцентрично. Счетчик, фиксирующий низкие значения Iyy, находится вблизи места прилегания колонны к стенке скважины.
3. Две кривые ГГМ совпадают и характеризуются более низкими значениями Iyy , чем третья (рис.1, б,III). Колонна эксцентрична, два счетчика расположены вблизи стенки скважины, и их показания обусловлены в основном влиянием горных пород, интенсивность третьего счетчика связана главным образом с влиянием цемента. В случае цементированной колонны превышение Iyy третьей кривой в каверне по отношению интенсивностей двух других кривых указывает на несплошную заливку цемента. Такая же картина наблюдается и при односторонней заливке кольцевого пространства цементом.
4. Все три кривые ГГМ не совпадают (рис.1, б, IV). В этом случае колонна эксцентрична или заливка цемента односторонняя.