Аппаратура для цементирования
Решение задач цементометрии осуществляется в настоящее время двумя группами приборов, четко различающихся между собой.
Традиционные задачи цементометрии решаются приборами АК-цементометрии массового применения (АКЦ), обладающими относительно невысокими частотами излучения (20 кГц), широкополосными приемниками (5-30 кГц) со средними для акустического метода длинами (0,7-1,5 м) измерительных зондов. Для этой цели часто применяют также акустические приборы, предназначенные для исследований открытых скважин. Обычно ими исследуют качество цементирования промежуточных (технических) обсадных колонн во время каротажа глубже залегающих открытых интервалов.
Для контроля качества цементирования разведочных и эксплуатационных скважин широко применяются серийные акустические цементомеры АКЦ-1, АКЦ-2, АКЦ-4. Блок схема такого прибора приведена на рис.8
Аппаратура
состоит из наземной панели управления
и скважинного прибора и обеспечивает
с помощью регистраторов 3-5 регистрацию
следующих параметров: Ак―
амплитуды волны, распространяющейся
по колонне; Ап―
амплитуды волны, распространяющейся
по породе; tп―
время первого вступления продольной
волны (в мкс).
Скважинный прибор представляет собой двухэлементный акустический зонд с электронной схемой. В середине герметизированного корпуса размещен электронный блок, в верхней и нижней частях ― магнитострикционные излучатель и приемник, изолированные друг от друга и корпуса прибора акустическими изоляторами.
М
рис.8 Блок-схема акустического цементомера. 1-металлическая колонна, 3-цементный камень, 3-горная порода
агнитострикционный излучатель 9 возбуждается генератором токовых импульсов 10. Управление генератором осуществляется через возбудитель 11 и фильтр 8 тактовыми импульсами частотой 12,5 Гц от формирующего устройства 1 панели управления. Так как собственная частота излучателя составляет примерно 25 кГц, то при возбуждении короткими импульсами излучатель посылает в окружающее пространство короткий пакет затухающих колебаний ультразвуковой частоты также порядка 25 кГц.Колебания, вызванные излучателем, распространяясь по буровому раствору, колонне и затрубному пространству, достигают магнитострикционного приемника 13, который расположен на расстоянии 2,5 м от излучателя. В приемнике колебания преобразуются в электрические сигналы. Электрические сигналы усиливаются усилителем 12 и через фильтры 8, 7 подаются на распределительное устройство 6 панели управления, а затем в соответствующие каналы регистрации. Параметры волны, характеризующие свойства цемента, измеряют с учетом времени прохождения сигнала специальной схемой задержки.
Для контроля работы и калибровки прибора в аппарате предусмотрен имитатор сигналов 2. Цементомер в скважине цементируется с помощью сменных обойм с резиновыми стержнями.
Для работы в действующих скважинах под давлением создана малогабаритная аппаратура АКЦ-36. Помимо уменьшенного наружного диаметра скважинного прибора до 36 мм аппаратура отличается от стандартных цементомеров более высокой радиальной и вертикальной чувствительностью. Это достигнуто в результате повышения частоты излучателя и уменьшения базы измерения.
Вторую группу приборов составляют высокочастотные (250-1000 кГц) АК-сканеры. Их основное назначение заключается в обнаружении небольших дефектов, нарушающих целостность колонны и/или герметичность затрубного пространства: порывов, трещин, смятий и коррозии обсадных труб, вертикальных каналов в цементном камне, интервалов залегания газонасыщенного цемента.
Конструкции сканеров АК-цементометрии можно разделить на три обособленные группы:
Сканеры с одним совмещенным преобразователем «излучатель-приемник», вращающимся вокруг оси прибора;
Сканеры с восемью преобразователями «излучатель-приемник», установленными в корпусе прибора неподвижно, по винтовой линии, через 45о в проекции на азимутальную плоскость;
Приборы с шестью парами преобразователей «излучатель-приемник», установленными на близком расстоянии (микрозонды АК) на 6 выносных башмаках.
Первичные данные сканеров АК-цементометрии включают время распространения и амплитуды упругой волны, отражённой от внутренней и внешней стенок обсадной колонны и стенки скважины, время реверберации колонны, резонансную частоту колебаний колонны, интервальное время распространения упругой волны в скважинной жидкости. Эту информацию получают почти непрерывно приборами с вращающимся преобразователем «излучатель-приёмник» (от 6-10 оборотов в минуту, до 18-32 опросов за один оборот) или в сегментах с раскрытием 45° либо 60° другими приборами. Помимо первичных данных (обычно это кривые затухания и ФКД), стандартные заключения зарубежных фирм содержат с теми или иными вариациями у разных фирм сведения о внутреннем диаметре и эксцентриситете колонны, её толщине, наличии интервалов внутренней и внешней коррозии, положении муфт и центраторов, карту распределения цемента за колонной с выделением вертикальных каналов, индекс сцепления цемента с колонной (в кг/см2). Часто, подобно тому как это делается для открытого ствола, изображение обсадной трубы может быть представлено в псевдотрехмерном отображении, на котором видны дефекты - перфорационные отверстия, коррозионные воронки, следы выработки от движения бурильных труб или НКТ и т.п.).
К сожалению, уровень решения перечисленных задач отечественными сканерами АК-цементометрии намного ниже. Сканер АВК-42 позволяет получить лишь изображение внутренней стенки скважины и её дефектов (порывов, трещин, перфорационных отверстий). Сканер САТ-4 обеспечивает измерение профиля колонны и отображение её поверхности. Линейная разрешающая способность САТ-4 по дефектам внутренней поверхности составляет 6 мм, абсолютная погрешность измерения внутреннего радиуса - не более ±0,7 мм. Методические возможности сканера АРКЦ-Т-1 в общедоступной литературе не раскрыты.
Предполагается, что возможности, близкие к зарубежным сканерам, будут достигнуты у сканеров, разрабатываемых НПП «Геометр». Авторы сообщают, что они разрабатывают аналоги сканеров АК-цементометрии СЕТ и USI фирмы Schlumberger и сканера СВТ фирмы Western Atlas International. Организация начала опытные работы со сканером АКЦ ВМ, разработка двух остальных находится на стадии лабораторных исследований.