Способ определения качества цементирования обсадных колонн

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАЧЕСТВА ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ОБСАДНЫХ КОЛОНН, включающий измерение интенсивности рассеянного гамма-излучения по периметру колонны в скважине и последующее определение плотностной характеристики сред в кольцевом зазоре с учетом коэффициента дифференциации измерительного зонда, отличающийся тем, что, с целью повышения точности способа за счет учета радиальной чувствительности зонда, дополнительно измеряют интенсивность рассеянного гамма-излучения по периметру модели сред, имитирующей ствол скважины с эксцентричным расположением обсадной колонны, определяпот параметр гг1убинности измерительного зонда, а плотйостную характеристику сред в кольцевом зазоре скважины определяют из соотношения (, (йс-й) gn se. где S 2,3 Л ,-6, Гйо,) ге Д I 01 JJ,01 / Ui о , Ь - плотность соответственно определяемая для среды в кольцевом зазоре скважины и горной породы, г/см 01 02 плотность сред в модели, имитирующей скважинные условия измерений при эксцентричном располож&нии обсадной колонны, соответственно , для среды в кольцевом зазоре и горной nt роды , г/см ; г - толщина кольцевого зазора скважины, ч ля которого опрв- /Л депяется концентричном расположении обсадной колонны в стволе жины: ,гдеВс. диаметр соответственсл но ствола скважины и обсапО5 ной колонны, см; о1 о2 бриментальные значения интенсивности рассеянного гам ма-излучения, регистрируемые в модели сред ,-усл. ед. j J - Интенсивность рассеянного гам ма-излучения, регистрируемая в скважине, усл. ед.; А - коэффициент радиальной чувствительности гаммагамма зонда, 5 - коэффициент чувствительности гаммагаммазонда по плот ности, см /г; Г - параметр гпубияности исследования гаммагаммазонда, см

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1056117 А

3 (51) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙ

Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ гце

Э, " — "Р(- (,- -8

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3481297/18-25 (22) 10.08.82 (46) 23.11,83. Бюп. 34 43 (72) N. Г. Гуфрвнов и Д. A. Кожевников (71) Московский ордена Октябрьской

Ревопюции и орцена Трупового Красного

Знамени институт нефтехимической и газовой промышпенности им. И, М. Губкина (53) 550.835 (088.8) (56) 1. Авторское свипетепьство СССР

No. 652407, кп. Е 21 В ЗЗ/00, 1977.

2. Гупин Ю. А. и цр. Акустические и рациометрические метоцы опрецепения качества пементирования нефтяных и газовых скважин. М., Непра, 1971, с. 4649 (прототип). (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАЧЕСТВА 11ЕМЕНТИРОВАНИЯ ОБСАД

Hb1X КОЛОНН, вкпючвю)ций измерение интенсивности рассеянного гамма-изпучения по периметру копонны в скважине и поспецующее опрецепение ппотностной характеристики срец в кольцевом зазоре с учетом коэффициента цифференцивпии измерительного эонца, о т и и ч в юшийся тем, что, с цепью повышения точности способа за счет учета рвциапьной чувствительности зонцв, цопопнитепьно измеряют интенсивность рассеянного гамма-иэпучения по периметру моцепи срец, имитирующей ствоп скважины с эксцент» ричным распопожением обсапной колонны, опрецепяют параметр гпубинности измеритепьного зонца, а ппотностную характеристику срец в копьцевом зазоре скважины опрецепяют из соотношения

1-ехр(-s(6 4 )) (с"с) -Я "

0оа (rg )О 02 д1 ,® о1/ о2 б, 6д - ппотность соответственно опрепепяемая цпя срепы в копьцевом зазоре скважины и горной пороцы, г/см

4<<,4 > — ппотность среп в моцепи, J имитирующей скважинные усповия измерений при эксцентричном распопожении обсацной копонны, соот» ветственно,цпя срецы в zonaцевом зазоре и горной по» ропы, г/см ;

О г - топщина копьцевого зазора скважины,цпя которого опрепепяется Д с (при концентричном распопожении обсац С ной копонны в ствопе czsa)c )к кины: г =« гае )) в» с с

D y- диаметр соответственно ствола скважины и обсац«© ной копонны, см; и» (р »

3 „,3 - экспериментапьные значения а интенсивности рассеянного га ма-изпучения, регистрируемые м,ф в моцепи cpea <.усп. ец., — интенсивность рассеянного га ма-изпучения, регистрируемая в скважине, усп. ец.;

A - коэффициент рвциапьной чувст» витепьности гамма» гаммазонца, см /г; коэффициент чувствитепьности гамма- гамма- зонца по ппоьности, см /r;

Г - параметр гпубинности исспепь. вания гамма- гамма- зонца, cMl

Х вЂ” коэффициент цифференщтаптп1 гамма- гамма- îïïï, отц. ц,;

- параметр, опрецепяемый конструкпиеи эонца ° Вепичина кото рого устанавливается экспериментально (n = 1,7).

Изобретение относится к геофизическим способам исспецования скважин нефтегаaoBbrx месторожценпй с пепью олрепепения качества первичных и повторных пементирований обсацных колонн, уцовпетворяющих требованиям разработки мест рожцений, сохранности их нецр и охраны окружающей срецы.

Известен способ,вкпючаюцщй измерение веса и объема жицкостей, закачи- ° 10 ваемых в скважину и выхоцящих из нее в процессе цементирования, с поспецующим опрецепением качества цементирования по показатепю степени замещения жицкостей, вычиспяемого по .соотношению 1 резупьтатов указанных измерений (1) .

Нецостатками способа явпяются низкая точность опрецепения степени замещь ния жицкостей, отсутствие лринпипиапьной воэможности опрецеп ения характера распре-. 0 цепения тамлонажной смеси опрецепеннсьго качества по высоте и периметру копьцевого зазора скважины при оцном и том же значении показатепя замещения, а также выпопнения повторных измерений и о рецепеннй, кроме того, непригоцность способа цля скважин эксппуатационного фонцц, когца возникает потребность изучения и набпюцения во времени за изменениями качества пементирования, про, исхоцящими из-за коррозионного и механического износа цементного копьпа за обсацной копонной, цпя принятия обосно ванных решений о провецении повторного, цементирования.

Наибопее бпизким к изобретению по технической сущности и цостигаемому резупьтату явпяется способ опрецепения качества пементирования- обсацных копонн, вкпючающий измерение интенсивнос40 ти рассеянного гамма- изпучения по периметру копонны кскважине и лоспецующее опрецепение ппотностной характеристики срец в копьцевом зазоре с учетом коэффициента цифференииапии измеритепьного зонца 2 ) . ппотность соответственно срецы в копьпевом зазоре и горной пороць ; экспентриситет копонны; топщина стенок труб обсацной копонны; максимапьное и минигце Ь

К .) 3

hlaX 1 rll1t1 мапьное значения. интен« сивности рассеянного гамма- изпучения, ре гистрируемого в поперечном сечении ствопа сква жины.

Нецостатками способа явпяются низкая точность опрецецения потностной характеристики срец в копьпевом зазоре скважины, ограниченная обпасть примь нения из-за отсутствия аналитического решения системы уравнений (1) (система уравнений (1) на основе натурного моцепирования обеспечена графическим решением в вице папеток пишь цпя ограниченных ситуаций,имеющееся графичеокое решение не учитывает инцивицуапьные метропогические особенности испопьзуемых измерительных зонцов и приборов, а прецнопагает, что все приборы и зонцы ицентифицировань ),значитепьная труцоемкость операций по ицентифипированию испопьзуемых измеритепьных зонцов и приборов и опрецепитепьных. операций, связанных с выпопнением многочиспенных вычиспений.

Отсутствует возможность автоматизации процесса опрецепений и эффективного использования вычиспитепьной техники.

Опрецепение ппотностной характеристики срец в копьпевом зазоре скважины олрецепяется путем решения системы уравнений

3 1056

Крома того, происхоцит значительное эацавпивание времени скважины .при ее геофизическом обспуживании. цепь изобретения - повышение точности способа эа счет учета рациапьной чувствитепьности зонца.

Указанная цепь цостигается тем, что согпасно способу опрецепения качества цементирования обсацных копонн, вкпючающему измерение интенсивности рассеян- 10 ного гамма- изпучения по периметру копонны в скважине ° и поспецующее опреепение ппотностной характеристики срец кольцевом зазоре с учетом коэффициента цифффренциации измеритепьного эонца, 15 цопопнитепьно измеряют интенсивность рассеянного гамма- иэпучения по периметру моцепи срец, имитирующей ствоц скважины с эксцентричным распопожением обсацной копонны, опрецепяют параметр гпубинности измеритепьного зонца, а ппотностную. характеристику срец в копьaesoM зазоре скважйны опрецепяют из соотношения

1-ехр (-6(6 - Д ))

1 ехр(- (e- д 1)

С 01

01/ 02 ппотность соответственно

Ci, опрецепяемая цпя срецы в копьцевом зазоре и горной, пороцы, г/ см; 01, @о2- ппотность epee a моцепи, имитирующей скважинные усповия измерений при эксцентричном распопожении обсацной копонны, соответ-. 45 ственно, цпя срецы в котп цевом зазоре и горной поро цы, гlсм З ", - топщина копьцевого зазора скважины, цпя которого опре- 50 цепяется 6 (при концентричном распопожении обсацной копонны в ствопе скважины: гс=(Эс Ьк)/2,гцеРс eI> цйаметр -tcooTBeTGTBeHHO ствопа скважины и обсацной копонны сме

ii7 4

Э 0 1 Э р 2 э к с т р е м а л ь н ы о з н а ч е н и я и н тенсивности рассеянного гамма- иэпучения, регистрируе мые в моцепи срец, усп. ец.;, 3 - интенсивность рассеянного гамма- иэпучения, регистри руемая в скважине, усп. ец.)

Д - коэффициент рациапьной чувствитепьности гамма- гамма зонца, см /г;

4 - коэффициент чувствитепьности гамма- гаума- зонца Ito ппот ности, см /г;

Г - параметр гпубинности исспе- цования гамма- гамма- зонца, см; и - коэффициент цифференциации гамма- гамма- зонца, отн. ец.; n — параметр, опрецепяемый конст рукцией зонца, вепичина которого устанавпивается экспериментапьно (rl = 1,7).

Перец произвоцством скважинных измерений цопопнитепьно опрецеплют параметр гпубинности и коэффициент рациапьной чувствитепьности испопьзуемого гамма- гамма- зонца, цпя чего произвоцят измерения в усповиях, имитирующих скважинные измерения при эксцентричном распопожении обсацной копонны, а процецуру опрецепения ппотностной характ . ристики срец в копьцевом зазоре осуществпяют по резупьтатам cKBBH

В основе изобретения пежит зависимость, описывающая взаимосвязь реэупь татов скважинных измерений (3.() с физическими и геометрическими параметр рами закопонной срецы (г, 6 д, б ), и учитывающая инцивицуапьные метропо- . гические характеристики.испопьзуемого измеритепьного зонца (А, 5 . Э, 8 )

01 О

Разработана математическая моцепь указанной зависимости в спецующем ви це:

3.=Q„3 iC 3, (4) L„exq(-A(G r )");

3„=3 „ехр(-В(е -G,});

,= «e q (-S (r,-C,„ö, 1056117

На фиг. 1 изображено размещение измеритепьного зонда в -neIIoIIIIoii мопс пи cpeII РЭУ-1, имитируюшей ствол скважины с экспентричным расположением обсадной копонны; на фиг. 2 - кривая изменения интенсивности рассеянного гамма- изпучения, ло периметру модепи., на фиг. 3 - то же,по периметру обсадной копонны; на фиг. 4 — характер .распрецепения тампонажной смеси и бурового 1О раствора по высоте и периметру копьпе-вого зазора в скважине с учетом значения ппотности 6 среды в копьцевом зазоре; на фиг. 5 » пример графического решения соотношения (2). 15

Способ осуществпяют спепующим образом.

Подготавпивают к скважинным изме» репиям гпубинный прибор, содержащий налравпенный гамма- гамма- зонд, 20

Размещают (фиг. 1) прибор в модепи сред, имитируюшей ствол скважины с эксцентричным распопожением обсадной коконны.

Среда 1 имитирует среду — запопнитепь обсадной копонны; среда 2 имитирует обсадную копонну по типоразмеру (D к = 168 мм; Ъ = 8 мм); среда 3 имитирует среду - запопнитепь копьцево го зазора скважины с плотностью 6<

= 1,0 г/смз; среда 4 - имитирует горную породу с ппотностью 602= 2,5 г/см .

Кроме того, модепью РЭУ-1 имитируется изменение топщины споя среды 3 по периметру моцепи в спецующем вице: 35

У,.

О (9 (270

О, 270 (Y. (360 где

01 текущее значение топшины с поя за коп они ой среды в направпении ;, см;. максимапьная топщина споя закопонности среды, см угоп поворота по периметру модепи, град, i 0 = 271

Регистрируют (фиг. 2) кривую изменения интенсивности рассеянного гаммаизпучения по периметру модепи. По попученной Hà модепи кривой 3,; отмечают экстремапьные значения Эр„и Э и устанавпивают параметр гпубинности f, после чего вычиспяют инцивидуапьные 55 метропогические коэффициенты А и 5 измеритепьного гамма гамма- зонда с ис»попьзованием соотношений (3). Опускают прибор в скважин и регистрируют (фиг, 3) в необходимых интервапах кривую изменения интенсивности .3i рассеянного гамма- изпучения но периметру обсадной копонны. Определяют (фиг. 4) качество цементирования обсадной копонны по характеру распредепения тампонажной смеси 5 с заданными свойствами и бурового раствора 6 по высоте и периметру копьцевого. зазора в скважине, дпя чего оценивают вепичину ппотности 6< сред в копьцевом зазоре. При этом величину ппотности 3Á оценивают, испопьзуя соотношению (2), учитывающее как резупьтат (Э; ) и усповия (г с, 6П) скважинных измерений, так и индивицуапьные метрологические характеристики (4, 5,301, Ъо„) измеритепьного зонда.

Пример, Поцготавпивают скважинный гамма- цефектометр- топщиномер типа СГДТ-2 к проведению работ по оценке качества цементирования обсадной копонны с параметрами Йк = 168 мм, Ьх== 8 мм, где 2 - диаметр копонны;

5<- топшина стенок труб обсадной колон ны. Подготовгенный к скважинным измерениям прибор СГДТ-2 размещают в моцепи сред типа РЭУ-1, имитирующей ствоп скважины с эксцентричным распопожением обсадной копонны. При этом этапонная моцепь РЭУ-1 имитирует спецую-, щие среды (фиг. 1 ) . Регистрируют (фиг, 2 ) кривую изменения интенсивности рассеян-, ного гамма- излучения по периметру моцепи РЭУ-1.

По попученной на модепи кривой 3<< отмечают (фиг. 2) экстремапьные значения о„и 3@2, соответствующие значениям интенсивности рассеянного гамма изпучения, регистрируемым цпя спучаев распопоженич за обсадной копонной сред с ппотностью соответственно 60„ и &о2 .

Затем устанавпнвают параметр гпубиннооти Г . (топщина. споя рассеивающей среды, от которой поступает 90% регистрируемого изпучения).

При реапизании примера попучают (фиг. 2) спедующие значения вепнчин;

Эо -= 9,8 усп. ец. (цпя бо.,= 1,0 г/см );

3gj== 0,4 усп. ец. (дня Йз = 2,5 г/смЗ);

Г -=14,9 с .

После этого с испопьзованием соотношений (3) вычиспяют цпя измеритепьнъ. го зонда его инцивидуапьные метропогические коэффициенты в описанных усповиях измеуений: А 0,023 см /г; 5, -21 см/г, 1056

7 спускают глубинный прибор СГДТ-2 в скважину и регистрируют (фиг. 3) в необхоцимых интервапах кривую изменения интенсивности Э; рассеянного гаммаизпучения по периметру обсацной копонны, При этом настройку режимов записи и масштаб регистрации кривой З; в скважине сохраняют аналогичными, как и при записи кривой Эо„в модели срец.

Дпя интервалов с конпентричным распона 10 жением обсацной колонны в стволе скваВс-Э. жиныциаметромР, =300 ммФ

С

= 6,6 см), пробуренным в горных пороцах с плотностью Й, = 2,5 г/см, ре, гистрируют, в частности, цва значени интенсивности 3 = 3,7 усп. ец. и 32.—

1,1 усп. ец.

Опрецепяют (фиг. 4) качество цемен тирования обсацной копонны пе характеру распрецеления тампонажной смеси 5 и бурового раствора 6 по высоте и периметру кольцевого зазора. При этом тампо нажную смесь 5 с заданными свойствами распознают по соответствующему значению ппотности 6с среды в кольцевом зазоре, а значение ппотности 6С срецы в копьцевом зазоре оценивают по резупь» татам измерений с использованием соотношения (2). Зарегистрированным в сква-ЗО жине значениям интенсивности:3„ 3,7усл.ец. и 32 1.1 усп ец. цля условий -с=

= 6,6 см; 6 = 2,5 г/смЗ; А (ы)

0,023 см /r; S = 2,1 см /г;

= 9,8 усп. ец., о = 1,0 г/см, соот«д ветствуют сцецующие значения плотности

6 цпя сред в копьцевом зазоре: бп=

= 1,2 г/см и Ьс = 2,0 г/см . Указанные значения опрецепяют, например, путем графического решения соотноше- 40 ния (2). Дпя этого строят (фиг. 5) rpa фики левой 7 и правой 8 и 9 частей со» отношения (2), а в точках 10 и 11 пересечения графиков опрецепяют значения (7C1 H @сг соответствующие BHa IeHMÿM 45

Э.,и 3 °

I. 17

B соответствии с требованиями геопо.

ro-технических усчовий на строительство скважин, цементирование обсацной копон» ны признают качественным цпя интервалов, в которых KBK по высоте, так и Ilo периметру кольцевого зазора соцержится тампонажная смесь 5 с плотностью бС 7 2,0 r/cì Ç.

Разработанный способ опробован в производственных усповиях. Резупьтаты опробования способа лоцтвержцают его высокую эффективность .

Испопьзование прецпагаемого способа обеспечивает повышение точности опрецепения ппотностнвй характеристики сред в кольцевом зазоре скважины за счет оценки и учета инцивицуапьных ме ропогических особенностей работы испопьзуемых измерительных приборов и зонцов в конкретных условиях измерения расшию рение области применения как при исспецованиях скважин, выхоцящих из бурения, так и при исспецованиях скважин эксплуатационного фонца при их капитапьном ремонте, что исключает необхоцимость провецения цопопнитепьных спус ко-поцъемных операций с цепью исспецо» вания цругими метоцами и позволяет принимать оперативные решения по исправпению нежепатепьных цефектов. цементированил,простоту и иацежность испопьзо вания ь любых геопого-технических усповиях с пюбым типом аппаратуры за счет унификации приемов опрецепения ппотнос тей характеристики срец в кольцевом зазоре и используемых технических срецств сокращение трудовых затрат по обспужи»

1 ванию приборов, так как отпацает необхоцимость их строгой идентификации,сок ращение труцоемкости определения конечных резупьтатов,за счет напичия универ сального расчетного соотношения и ðàциональное использование вычиспитепьной техники при обработке результатов измерений.

105б117

Л-Л

l. A )fi 1 7

1056117

1б

Заказ 9299/39 Тираж 710 . ВНИИПИ Госуцарственного комитета СССР по цепам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж35, Раушская наб., ц. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгороц, уп. Проектная, 4

Составит епь Л. Торопова

Рецактор Н. Рогупич Техрец В.Далекорей

Корректор А. дэятко

Поцписное