Контроль цементирования и технического состояния обсадных колонн

После окончания строительства скважины в ней проводятся геофизи­ческие исследования для контроля цементирования и технического состояния обсадной колонны и получения базовых исходных показаний, используемых при изучении динамики технического состояния скважины в процессе ее эксплуатации. С этой целью применяют аппаратуру акустического контроля и гамма-гамма-контроля цементирования скважин и скважинный толщиномер для выявления дефектов в обсадной колонне.

При рассмотрении методов контроля цементирования необходимо учитывать следующее.

1. Дефекты цементного камня за колонной можно разделить на объемные (каверны, каналы) и щелевые. Аппаратура гамма-гамма-контроля позволяет установить интервалы распространения только объемных дефектов, тогда как аппаратура акустического контроля — интервалы объемных и щелевых дефектов, не различая их между собой. Комплексное использование обоих видов контроля позволяет однозначно классифицировать дефекты цементирования.

2. Дефекты, выявляемые по данным акустического и гамма-гамма-контроля цементирования, характеризуют лишь возможность воз­никновения затрубных циркуляций при определенных градиентах давления между соседними пластами. Наличие затрубной циркуляции должно быть подтверждено данными других геофизических методов, служащих для выявления заколонных перетоков.

Контроль обсадных колонн. Гамма-гамма-толщиномер (ГГТ) пред­ставляет собой зонд ГТК, состоящий из коллимированных источника и детектора гамма-излучения на расстоянии от источника, меньшем 10 см. Благодаря малой длине зонда и коллимации его элементов среда за колонной не влияет на показания метода.

Диаграммы ГГТ используют при интерпретации цементограмм; для паспортизации обсадных колонн в скважинах; определения место­положения муфт, центрирующих фонарей и участков с механическим и коррозионным разрушением труб.

Гамма-гамма-контроль цементирования. При гамма-гамма-контроле цементирования (ГГЦ) регистрируют вдоль ствола скважины интенсив­ность рассеянного гамма-излучения по периметру колонны зондом, состоящим из источника гамма-излучения и трех детекторов, расположенных на оди­наковом расстоянии от источника, в плоско­сти, перпендикулярной к продольной оси прибора. Каждый из детекторов коллимирован так, что отмечает рассеянное гамма-излучение, поступающее в основном только из сектора колонны с радиальным углом 45-60°, находящегося против детектора. С помощью схемы коммутации детекторы поочередно в круговой последовательности включаются в измерительную цепь. Прибор снабжен фонарями, центрирующими его в колонне.

Рис. 4.5.16. Схематические диаграммы ГГЦ:

1 — обсадная колонна на стенке скважины, за колонной вода; 2— обсадная колонна центрирована, за колонной вода; 3 — обсадная колонна на стенке скважины, за колонной цемент; 4 — обсадная колон­на центрирована, за колонной цемент; 5 — показания кривой ГГЦ против большой каверны, заполненной цементом; 6 — линия цемента, проведенная по мак­симальным показаниям кривой. ГГЦ в большой каверне, заполненной цементом

Так как плотность цементного камня (1,8-1,9 г/см³) меньше плотности горных пород (2,3-2,9 г/см³), то в зацементиро­ванной части колонны наибольшими показаниями будут отмечаться каверны. Следовательно, кривая ГГЦ в этом интервале всегда распола­гается левее линии, проходящей через наибольшие показания в каверне с цементом (линия цемента на рис. 4.5.16). Исключение составляют случаи наличия в цементном камне объемных дефектов (каверны, каналы, заполненные жидкостью), против которых кривая выйдет вправо за линию цемента, так как плотность жидкости 1,2 г/см. Максимальные показания, превышающие показания в каверне с цементом, и наибольшие амплитуды кривой при эксцентричном положении колонны в скважине соответствуют интервалам, где затрубное пространство заполнено водой или промывоч­ной жидкостью.

Таким образом, измерения аппаратурой ГГЦ позволяют определить высоту подъема цемента за обсадной колонной, выявить участки с односторонним заполнением затрубного пространства и оценить степень центрирования колонны в скважине.

Измерения прибором акустического контроля цементирования. Скважинный прибор акустического контроля цементирования АКЦ пред­ставляет собой двухэлементный зонд (излучатель упругих колебаний — приемник) длиной около 2,5 м. С помощью этого зонда регистрируются следующие кривые:

1) Ак— кривая амплитуд продольной волны по колонне, измеряемых во временном интервале длительностью 120 мкс, считая от момента прихода на приемник вступления продольной волны по колонне;

2) tр — кривая времени пробега от излучателя.до приемника про­дольной волны, приходящей к приемнику с заметной амплитудой, превышающей уровень дискриминации измерительного канала;

3) Ар — кривая амплитуд продольной волны, приходящей к приемнику от излучателя за время tр.

Все три кривые регистрируются на одном бланке, называемом диаграммой АКЦ. По диаграммам АКЦ определяют высоту подъема цемента за колонной и оценивают качество ее цементирования.

Аппаратура АКЦ чувствительна к щелевым дефектам цементного кольца. Поэтому качество цементирования, по данным АКЦ, принято выражать термином «сцепление» (хорошее, плохое, отсутствует). Этот термин, однако, следует понимать в широком смысле, т. е. не только как характеристику сцепления цементного кольца с колонной и породами, но также как наличие или отсутствие в цементном кольце объемных дефектов (каналов, пустот, повышенной проницаемости цементного камня и т. п.), от которых показания АКЦ также зависят.

Хорошее сцепление означает жесткий контакт цементного камня со всей площадью колонны и породы при отсутствии заметных объемных дефектов в цементном кольце. При этих условиях обеспечивается надежная изоляция проницаемых пластов между собой. Отсутствие сцепления означает либо наличие зазора более 0,05 мм между цемент­ным кольцом и колонной, либо отсутствие цемента в затрубном про­странстве по радиальному углу более 300°. Плохое сцепление соответ­ствует промежуточным дефектам цементирования.

Часто интервалы плохого сцепления при­урочены к кавернам.

Геофизические методы применяют также для решения других задач, связанных с контролем технического состояния скважин либо возникаю­щих в процессе бурения и эксплуатации скважин. К ним относятся: определение места поглощения промывочной жидкости; выделение интер­валов затрубного движения жидкости; контроль гидроразрыва пластов и др.

Высоту подъема цемента за колонной контролируют также с по­мощью электротермометра (ОЦК).

Дефекты в колонне после цементирования определяют ме­тодами термометрии и закачкой меченых жидкостей (в том числе включающих радиоактивные изотопы). Кроме того, геофизические методы применяют для определения мест по­глощения промывочной жидкости, выделения интервалов затрубного движения флюидов, контроля за гидроразрывом пластов и др.