книги / Геофизические исследования скважин
..pdfПоэтому показания счетчиков, регистрирующих рассеянное гаммаизлучение, со стороны горных пород /ууПбудет иметь наименьшее значение по разрезу — линия горных пород. При заполнении затрубного пространства буровым раствором показания счетчиков изменяются от I— линии бурового раствора до 1 ^ — линии горных пород (см. рис. 160, II). При заполнении затрубного пространства це ментом показания изменяются от 1т — линии цемента от — ли нии горных пород (см. рис. 160, III).
Выделение на диаграммах значений интенсивностей, отра жающих плотность бурового раствора, цемента и горных пород, по зволяет судить о характере распределения цемента за колонной.
Если кривые рассеянного гамма-излучения имеют небольшую дифференциацию, то это свидетельствует об однородности среды в затрубном пространстве. Характер среды, заполняющей затрубное пространство, определяется по величинам зарегистрированных зна чений гамма-активности.
На участке I (рис. 161) кривые слабо дифференцированы и по значениям интенсивностей приближаются к р. Это свидетельству ет об отсутствии цемента за колонной. На участке II кривые слабо дифференцированы и по значениям интенсивностей близки к зна чениям /ууЦ. Это зона хорошего цементирования. На участке III зна чения интенсивностей меньше 1т , но больше Lf(n. Это тоже зона хо рошего цемента, но толщина цементного кольца невелика и на ней
Каберно- |
Цемеитограмш |
Дефектограмма |
|
Кругобая |
Схемы |
|
|||
граииа |
цементограмма |
расположения |
|
||||||
</с,см |
|
|
|
|
|
|
|
колонны |
|
19 23 |
*лгп |
4ггр |
hrn Iгг». |
* т |
|
|
|
В скбашине |
|
Ьэт> |
|
|
© |
|
|||||
|
|
1 |
\ |
1 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
4л> |
|
|
I |
|
|
i |
|
| |
Ьч |
|
|
|||
|
|
4»* |
|
|
|
||||
|
|
гт |
|
|
0 |
ж |
|||
Г Щi |
ь4т. |
•--------------- |
о |
||||||
|
|
[т |
|
|
ш |
||||
|
|
|
|
|
4л |
— |
|
|
|
|
|
|
|
|
W" |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
4-----4------- |
|
ж |
|
|
|
|
|
|
(ян -а |
Ь Ь, а, |
О |
Рис. 161. Примеры определения качества цементирования обсадных колонн по данным цементограмм, деффектограмм и круговых цементограмм
1 — буровой раствор, 2 — цемент
291
сказывается плотность горных пород. В случае эксцентричного поло жения колонны, односторонней заливки, наличия пустот и каналов в цементном камне плотностная характеристика среды в затрубном пространстве по диаметру скважины будет изменяться.
Поэтому регистрируемые кривые рассеянного гамма-излучения будут иметь значительную дифференциацию.
На рис. 161 участке IV изображены диаграммы при некачествен ном цементировании колонны, центрированной в скважине. Регист рируемые значения гамма-активности изменяются от 1Ш до 1т . По круговой цементограмме можно судить о раскрытости трещины. Уча сток аа1 диаграммы соответствует периметру окружности — 360”. Участок bbx отражает незацементированную часть скважины и мо жет быть выражен в градусах.
Случаи эксцентричного положения незацементированной и заце ментированной колонны показаны на рис. 160 (случаи II и III).
Материалы гамма-гамма-цементометрии дают принципиальную возможность количественной оценки качества цементирования. Для этого необходимо точно учитывать толщину стенки труб обсадной колонны. Эталонировать скважинные приборы следует в специаль ных эталонировочных устройствах.
Гамма-гамма-цементометрия дает уверенные результаты при исследовании скважин большого диаметра (250 — 295 мм), об саженных колонной диаметром 146 мм, т. е. когда величина це ментного камня достаточна для внесения заметных изменений в плотностную характеристику среды в затрубном пространстве. При малой толщине цементного камня (диаметр скважины 190 мм, диа метр обсадной колонны 146 мм), а также при закачке цемента об легченных марок интерпретация получаемых материалов неодноз начна. В этом заключаются ограничения гамма-гамма-цементомет рии.
Акустический метод
Оценка качества цементирования обсадных колонн в скважинах акустическими методами основана на различии в скорости рас пространения упругой волны и на изменении ее амплитуды в за висимости от механических свойств окружающей среды; на высокой чувствительности акустического сигнала к жесткости контакта на границе между двумя средами и к разрывам механической сплош ности среды. Проводят акустические измерения путем возбуждения в скважине импульсов упругих колебаний и их регистрации приемни ком, удаленным на фиксированное расстояние от источника ко лебаний, времени прихода преломленной продольной волны и ее ам плитуды. По мере распространения упругой волны от источников колебаний к приемнику происходит перераспределение ее энергии между контактирующими средами: обсадной колонной, цементным камнем и горной породой.
Если колонна обсадных труб свободна, не связана с цементом, то упругая волна распространяется непосредственно по металлу колон
2 9 2
ны со скоростью порядка 5200 м /с и с малой потерей энергии. Ампли туда волны Аксохраняется максимальной.
В случае жесткого сцепления колонны с цементом упругие коле бания, распространяясь по колонне, возбуждают колебания в цемен тном камне. Прохождение волны по цементу характеризуется сни жением скорости распространения волны и значительными потеря ми энергии. В результате возрастает время прохождения волны и снижается амплитуда проходящей волны. При сцеплении цемент ного камня со стенками скважины время прихода волны определя ется свойствами горных пород.
Динамические характеристики упругих волн изменяются в широ ких пределах и зависят от свойств цемента, а также от условий кон тактов цементного камня с обсадной колонной и горными породами.
Амплитуда волны, распространяющейся по свободной колонне (трубная волна), зависит от диаметра обсадных труб. На рабочей ча стоте 25 кГц при изменении диаметра труб от 127 до 203 мм ампли туда волны уменьшается до 40%. При изменении толщины стенок труб амплитуда изменяется не более чем на 10— 15 %.
Амплитуда волны, распространяющейся по цементному камню, зависит от его толщины. В диапазоне изменения толщины цемента от нуля до 30 мм затухание амплитуды происходит по экспоненци альному закону. Контакт цементного кольца с поверхностью колон ны через материалы (глина, парафин, мазут и др.) приводит к сни жению амплитуды на 25 — 30 % по сравнению с амплитудой в незацементированной колонне. Аналогичное влияние оказывают микро зазоры в 30 — 50 мкм, заполненные жидкостью. Кривая амплитуды чувствительна также к вертикальным каналам и разрывам в цемен тном кольце.
Для контроля качества цементирования разведочных и экс плуатационных скважин широко применяю тся серийные аку стические цементомеры АКЦ-1, АКЦ-2, АКЦ-4. Блок-схема такого прибора приведена на рис. 162.
Аппаратура состоит из наземной панели управления и сква-жин- ного прибора и обеспечивает с помощью регистраторов 3— 5 регист рацию следующих параметров: Ак — амплитуды волны, распрост раняющейся по колонне; Ап — амплитуды волны, распространяю щейся по породе; tn— времени первого вступления продольной волны (в мкс).
Скважинный прибор представляет собой двухэлементный акус тический зонд с электронной схемой. В середине герметизированно го корпуса размещен электронный блок, в верхней и нижней частях
— магнитострикционные излучатель и приемник, изолированные друг от друга и корпуса прибора акустическими изоляторами.
Магнитострикционный излучатель 9 возбуждается генератором токовых импульсов 10. Управление генератором осуществляется че рез 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
2 9 3
А. |
А |
* |
возбуждении короткими импуль |
i |
i |
сами излучатель посылает в окру |
|
т |
т |
_1_ |
жающее пространство короткий |
3 |
4 |
5 |
|
|
|
т |
пакет затухаю щ их колебаний |
|
|
ультразвуковой частоты также |
|
6 |
|
|
порядка 25 кГц. |
|
|
|
Колебания, вызванные излу |
|
|
|
чателем, распространяясь по бу |
|
|
|
ровому раствору, колонне и зат- |
|
|
|
рубному пространству, достига |
|
|
|
ют магнитострикционного при |
|
|
|
емника 13, который расположен |
|
|
|
на расстоянии 2,5 м от излучате |
|
|
|
ля. В приемнике колебания пре |
|
|
|
образуются в электрические сиг |
|
|
|
налы. Электрические сигналы |
|
|
|
усиливаются усилителем 12 и че |
|
|
|
рез фильтры 8, 7 подаются на |
|
|
|
распределительное устройство 6 |
|
|
|
панели управления, а затем в со |
|
|
|
ответствующие каналы регист |
|
|
|
рации. Параметры волны, хара- |
|
|
|
стеризующие свойства цемента, |
|
|
|
измеряют с учетом времени про |
|
|
|
хождения сигнала специальной |
|
|
|
схемой задержки. |
|
|
|
Для контроля работы и калиб |
|
|
|
ровки прибора в аппарате пре |
|
|
|
дусмотрен имитатор сигналов 2. |
|
|
|
Цементомер в скважине центри |
Рис. 162. Блок-схема акустического |
руется с помощью сменных обойм |
||
цементомера. |
|
|
с резиновыми стержнями. |
1— металлическая колонна, 2 — цемен |
Для работы в действующих |
||
тный камень; 3 — горная порода |
скважинах под давлением созда |
на малогабаритная аппаратура АКЦ-36. Помимо уменьшения наружного диаметра скважинного при бора до 36 мм аппаратура отличается от стандартных цементомеров более высокой радиальной и вертикальной чувствительностью. Это достигнуто в результате повышения частоты излучателя и умень шения базы измерения.
Диаграммы акустического цементомера дают качественное пред ставление о состоянии цементного кольца и его герметичности. Уста новить характер дефектов (каналы, разрывы или микрозазоры) по полученным материалам в большинстве случаев нельзя. Поэтому любые дефекты или их сочетания выражаются через чисто услов ный термин сплошность контакта.
Для характеристики контактов цементного камня с колонной или горной породой можно ввести три вида контактов.
294
Сплошной контакт — имеется жесткий контакт цементного камня с колонной или горной породой по всей поверхности прилегания.
Частичный контакт — есть контакт на отдельных участках поверхности цементного камня с колонной; имеются каналы в це ментном камне размером не более половины периметра колонны, разрывы — не менее 1,5 м; отме чается чередование участков размером 0,5 — 1,5 м с хорошим или плохим сцеплением цемент ного камня с колонной.
Отсутствие контакта — в пре делах базы измерения колонна свободна или имеет зазор на гра нице колонна — цементный ка мень.
Таким образом, акустический метод позволяет определять сте пень сцепления цементного камня
сколонной. Сцепление цементного камня со стенками скважины ус танавливают при сопоставлении данных акустического цементомера с замерами, полученными в необсаженной скважине.
Пример интерпретации дан ных акустического цементомера приведен на рис. 163. По диаграм ме акустического цементомера до глубины 880 м контакта цемента
сколонной нет. Об этом свиде тельствуют значения Ап и Ак, на диаграммах которых четко про слеживаются замковые соедине ния труб. В интервале 880 — 1188 м контакт частичный или плохой. Ниже глубины 1183 м сцепление цемента с колонной хо рошее.
Для получения более полной |
Рис. 164. Пример выделения цемен |
|
инф ормации о состоянии це |
||
ментного камня целесообразно |
та за колонной по диаграммам акус |
|
тического цементомера и гаммагам- |
||
акустический метод комплекси- |
||
ма-дефектомера. Контакт цементно |
||
ровать с гамма-гамма-цементо- |
го камня с колонной (или породой): |
|
метрией. В рассмотренном слу |
I — хороший; II — плохой: III — частич |
|
чае (см. рис. 163) по гамма-гамма- |
ный; IV — свободная колонна |
2 9 5
дефектограмме верхняя граница цемента выделяется на глубине 255 м. До глубины 980 м в затрубном пространстве гельцемент. Ниже (за исключением интервала 1125 — 1130 м) за колонной цемент.
Комплексирование акустического цементомера и гамма-цемен- томера реализовано в аппаратуре ЦМГА-2, которая включает два автономных скважинных цементомера: акустический АК-1 и гам ма-плотномер-толщиномер СГДТ-3. Механическое и электричес кое сочленение скважинных приборов осуществляется с помощью стыковочного устройства, расположенного в приборе АК-1. Для пи тания приборов и передачи информации на поверхность служит трехжильный бронированный кабель.
В аппаратуре АК-1 установлены низкочастотные преобразователи, собственная частота которых 12— 14 кГц на 2— 3 кГц ниже резонанс ной частоты 146-миллиметровых обсадных труб. Благодаря этому уве личилась глубинность исследований и аппаратура стала более чув ствительной к изменению параметров цементного кольца.
Акустический прибор оснащен трехэлементным зондом, что по зволяет дополнительно к параметрам, регистрируемым серийной аппаратурой, записывать: АТ — интервальное время прохождения продольной волной расстояния между двумя элементами прибора; а к — коэффициент затухания волны, распространяющейся по ко лонне; а„ — коэффициент затухания волны, распространяющейся по горной породе.
Регистрация дополнительных параметров, относимых к базе зон да, т. е. расстоянию S между двумя приемниками, дает возможность уменьшить влияние ряда искажающих фактов (в частности, цент рирование скважинного прибора) и повысить достоверность интер претации материалов.
Коэффициент затухания а к характеризует распространение уп ругих волн в цементном камне и отражает жесткость сцепления ко лонны с цементом. Интервальное время АТ и коэффициент затуха ния а п отражают распространение упругих волн в горных породах; они позволяют характеризовать качество сцепления цементного кам ня со стенками скважины.
§ 4. КОНТРОЛЬ ЗА ТЕХНИЧЕСКИМ СОСТОЯНИЕМ ОБСАДНЫХ КОЛОНН
Техническое состояние обсадных колонн изучают в течение всего времени эксплуатации. Первые замеры выполняют непосредственно после выхода скважины из бурения. Эти измерения позволяют выя вить возможные дефекты колонн; они служат также фоновыми зна чениями для последующих измерений. Исследования, проводимые в процессе эксплуатации скважины, позволяют регистрировать ди намику образования различных дефектов и обеспечивают контроль за качеством ремонтных работ.
Для контроля состояния обсадных колонн широко применяют ме тод, основанный на регистрации рассеянного гамма-излучения. В скважинном приборе, предназначенном для проведения этих ис
296
следовании, гамма-гамма-тол- щиномер в качестве источника мягкого гамма-излучения ис п ользует изотоп тулий -170, энергия гамма-излучения кото рого порядка 100 кэВ. Размер зонда, т. е. расстояние от источ ника до индикатора, менее 10 см. Блок-схема комплексного прибора дефектомера-толщ и- номера, реализованная в аппа ратуре СГДТ-2, приведена на рис. 159. Этот прибор позволяет: измерять толщину стенок об садной колонны; определять ме стоположение муфт, пакеров, центрирующих фонарей; выяв лять дефекты в обсадных тру бах, образовавшиеся в резуль тате механического воздей ствия или коррозии.
П римеры интерпретации толщинограмм приведены на рис. 164. На диаграмме четко вы деляются соединительные муф ты колонны 1, места установок центрирующих фонарей 2, раз рывы колонны 3, которые могут быть приурочены к интервалам перфорации 5, участки коррозий ного износа 4.
Для количественной интер претации получаемого материала требуется снятие контрольных отсчетов в специальных эталонировочных стендах 1ЭТ. Характер зависимости между показаниями прибора 1х/1эт и толщиной стенки трубки обсадной колонны hK, представленный в виде семейства кривых 1Х/1ЭТ= f(hK), показан на рис. 165. Используя приведенные графики, можно нанести на диаг рамму ш калу hK с шагом через 1 мм. Точность определения сред ней толщины стенок ±0,5 мм.
Толщиномер целесообразно комплексировать с приборами,
Рис. 164. П ример определения техни ческого состояния обсадных колонн по гамма-гамма-толщ инограмме (а), по кривой локатора м уф т (б)
-ГгАэт
Рис. 165. Граф ик для определения толщ ины стенки обсадной колонны диаметром 146 мм по данным гамма- гамма-толщиномера.
Шифр кривых — h, мм
297
позволяющими измерять внутренний диаметр труб: профилемером, микрокаверномером.
Трубчатый профилемер ПТС предназначен для измерения внут реннего диаметра и профиля обсадных колонн. Прибор снабжен две надцатью измерительными рычагами. Профиль определяется парой рычагов, расположенных в одной плоскости и перемещающихся не зависимо от других пар. Прибор центрируется в скважине. Переме щение каждой пары рычагов связано с отдельным реостатом. Для преобразования механических перемещений в электрические реос таты от общего генератора питаются переменным током частотой 20 кГц. Для одновременной регистрации шести измеряемых парамет ров по жиле кабеля используют временную импульсную телеизмери тельную систему с амплитудной модуляцией. Прибор рассчитан для работы с трехжильным кабелем и восьмиканальным регистратором. Максимальная рабочая температура 120 °С; давление до 8 • 107 Па; ди аметр измеряемых колонн 190 — 300 мм; погрешность измерения ±1,5 мм.
Измерения, выполненные трубчатым профилемером, позволя ют выявить эксцентриситет обсадной колонны, обусловленный не равномерным сжатием, выделить интервалы на внутренней повер хности колонны, нарушенные коррозией.
Дополнительная информация о со стоянии обсадных колонн может быть получена с помощью локатора муфт (рис. 166). Локатор муфт представляет собой многослойную индуктивную ка тушку со стальным сердечником. Ка тушка расположена между двумя по стоянными магнитами. Полюсы магни тов (N , S) направлены навстречу друг другу. Прибор помещен в антимагнит ный корпус. Таким образом, многослой ная катушка находится в магнитном поле, создаваемом постоянными магни тами.
Вусловиях скважины напряжен
ие - 166. Электрическая схеность магнитного поля, пронизываю-
ма локатора муфт |
щего индуктивную катушку, зависит от |
сопротивления цепи магнитопровода, в которую входит обсадная колонна. При перемещении прибора по ство лу скважины изменение магнитного сопротивления среды приводит к изменению напряженности магнитного поля вокруг катушки, которое возбуждает электродвижущую силу индукции. Возникающая раз ность потенциалов AU передается на поверхность по жиле кабеля на регистрирующий прибор (см. рис. 166).
Диаграммы, записанные локатором муфт, позволяют уточнить положение муфтовых соединений обсадной колонны или насосно компрессорных труб, уточнить интервалы перфорации. По положе
298
нию муфтовых соединений осуществляют точную привязку показа ний различных приборов по глубине.
С помощью прихватоопределителя — локатора муфт, выпол ненного без магнитов, можно определить место прихвата бурильных или насосно-компрессорных труб. Прихватоопределитель (рис. 167) состоит из индуктивной катушки 4,насаженной на сердечник 5 и зак люченной в корпус 6 из немагнитной стали. Катушка одновременно является и электромагнитом, башмаками у которой служат головка 2 и днище 7. Питание прибора и снятие полезного сигнала осуществ ляются по одножильному бронированному кабелю через свечной электроввод 1 и пружинный контакт 3.
1 Z |
5 |
Ь |
S |
S |
7 |
Рис. 167. Электромагнитный прихватоопределитель
Работы по определению места прихвата выполняют следующим образом. Записывают контрольную кривую магнитной индукции в предполагаемом интервале при хвата (рис. 168,1). Затем в трубах устанавливают магнитные метки 1 на расстоянии 10— 15 м друг от друга. Выполняют второй замер прихватоопределителем, на кото ром фиксируется положение маг
нитных меток (рис. 168, II). После этого к колонне труб прикладыва ют максимально допустимые на грузки — растяжение или скру чивание. Затем вновь записывают кривую магнитной индукции (рис. 168, III). В свободной части труб, которые испытали упругие де формации, магнитные метки ис чезнут или значительно изменят ся по величине. Ниже глубины прихвата 2 колонна нагрузок ис пытывать не будет и магнитные метки сохранятся.
Изучить характер дефектов |
|
|
обсадных колонн можно путем их |
Рис. 168. Пример определения мес |
|
фотографирования. В скважин |
||
та прихвата бурильных или насосно |
||
ный прибор помещают ф ото |
компрессорных труб |
2 9 9
камеру, управление которой оператор осуществляет с поверхности. Скважинный прибор типа ФАС-1 состоит из оптической части, лентопротяжного механизма электрической части и кожуха со смот ровым окном диаметром 60 мм. Фотографирование — боковое оди ночными кадрами или серией кадров при движении прибора. Раз мер изображения 11,4 мм в масштабе 1:5.
Фотографирование стенок скважины возможно только в прозрач ных средах. Поэтому перед спуском прибора скважину необходимо промыть чистой водой. Это резко ограничивает область возможного применения метода.
Если скважина заполнена непрозрачной жидкостью — глинистым раствором, нефтью, минерализованной водой, то получить изобра жение стенок обсадной колонны или открытого ствола скважины можно с помощью скважинного акустического телевизора (см. гл. III). Изображение получают методом ультразвуковой эхолокации.
В скважинном приборе установлен вращающийся вокруг про дольной оси пьезоэлектрический преобразователь, который сов мещает функции излучателя и приемника ультразвуковых им пульсов. За один оборот вокруг оси прибора излучатель посылает около 400 посылок импульсов. Посылаемые импульсы имеют форму узкого акустического луча, сфокусированного в точке на поверхнос ти скважины. Амплитуда отраженного импульса зависит от состоя ния поверхности. Отраженный импульс воспринимается приемни ком и передается на поверхность. Изображение отраженного сигна ла по одному витку высвечивается в виде одной строки переменной яркости на экране кинескопа и регистрируется на фотопленку, дви жущуюся синхронно с протяжкой кабеля (рис. 65).
§ 5. ПРИТОКОМЕТРИЯ
Притокометрия включает определение мест притоков и поглоще ний в бурящихся скважинах, установление мест притоков, заколонных перетоков, поглощений в обсаженных скважинах. Решают эти задачи с помощью дебитомеров, термометров, резистивиметров, ра диоактивных изотопов.
Большое распространение для решения этих задач получила тер мометрия. Ее применение основано на различии температур пласто вого флюида и бурового раствора, заполняющего скважину. Исполь зование дебитометрии ограничивается случаями, когда происходит перемещение флюида по стволу скважины. Резистивиметры позво ляют выделять интервалы притока только пластовых вод или зоны поглощения бурового раствора.
Рассмотрим методики выделения мест притока и затрубной цир куляции в обсаженных скважинах.
Выделение мест притока
В эксплуатируемых скважинах интервал притока уверенно вы деляется по замерам дебитомеров. Методика исследования ана логична описанной в гл. X.
300