Акустический способ диагностики качества цементного кольца за кондуктором скважины

 

Использование: в нефтедобыче при исследовании качества кондукторов. Сущность изобретения: на верхнем конце кондуктора устанавливают излучатель и приемник, затем излучают акустические колебания и регистрируют их параметры распространения по кондуктору скважины. Излучатель и приемник при этом связывают акустически с телом кондуктора. 3 ил.

Изобретение относится к нефтедобыче, в частности к способам исследования качества вторичного цементирования кондукторов при капитальном ремонте скважин, когда процесс исследований осложнен расположенной в стволе кондуктора эксплуатационной колонной.

Известны различные способы оценки качества заколонного цемента, включающие термометрию, метод радиоактивных изотопов, метод рассеянного гамма-излучения (Аппаратура и оборудование для геофизических исследований нефтяных и газовых скважин: Справочник / Под ред. А.А.Молчанова, В.С.Лаптева, В.Н. Моисеева, Р.С.Челнокьяна. М. Недра, 1987, с. 128-139).

Общий недостаток названных способов заключается в том, что с их помощью нельзя определить качество сцепления цементного кольца с материалом колонны, т.е. его герметичность.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является акустический способ оценки качества цементирования. Он основан на возбуждении в скважине импульсов упругих колебаний и регистрации приемником, удаленным на фиксированное расстояние от источника колебаний, времени прихода преломленной продольной волны и ее амплитуды. Измерения осуществляются зондами, включающими в свою конструкцию источник излучения (излучатель) и приемник, а зонд перемещается во внутрискважинном пространстве на кабеле (Геофизические методы исследования скважин. Названный способ позволяет не только определить наличие цемента за колонной, но и оценить качество его сцепления с ней.

Однако при оценке качества вторичного цементирования кондукторов применение способа технологически затруднено наличием внутри кондуктора эксплуатационной колонны, по которой и происходит распространение преломленной продольной волны (т. е. через две колонны способ не работает). Поэтому для проведения исследований производят отвинчивание эксплуатационной колонны на всю глубину кондуктора, что существенно повышает трудоемкость работ.

Цель изобретения снижение трудоемкости проведения исследований.

Цель достигается способом, включающим излучение акустических колебаний и последующую регистрацию параметров их распространения с помощью излучателя и приемника.

Новым является то, что излучатель и приемник акустических колебаний устанавливают на верхнем конце кондуктора и связывают их акустически с телом кондуктора.

На фиг. 1 представлена схема размещения аппаратуры при реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 картина отражений зондирующего импульса, регистрируемая при проведении исследований; на фиг. 3 пример интерпретации результатов исследований.

Способ осуществляется в следующей последовательности.

На торце колонны кондуктора устанавливают излучатель и приемник акустических колебаний и обеспечивают их акустический контакт с материалом колонны.

Посредством излучателя в торце колонны возбуждают зондирующий импульс продольных колебаний продолжительностью от 0,5 до 1,0 мс и с частотой заполнения от 10 до 40 кГц, распространяющийся вдоль кондуктора. Как звукопровод колонна кондуктора представляет собой сложную систему, включающую участки с разным акустическим сопротивлением. Последнее определяется как произведение средней плотности звукопровода на скорость распространения звука в нем. Так, например, у незацементированной колонны акустическое сопротивление почти втрое выше, чем у колонны с хорошо сцепленным цементом. При проходе акустического импульса через границу участков с разным акустическим сопротивлением (например, через границу дефекта цементного кольца) часть его энергии отражается от этой границы и возвращается вверх по колонне, где и регистрируется приемником в виде характерного импульсного сигнала. При этом продолжительность временного интервала между излучением зондирующего и регистрацией отраженного импульса позволяет судить о глубине местонахождения дефекта цементного кольца. Затем производят математическую обработку данных и интерпретацию результатов исследования.

Предлагаемый способ прошел промысловое опробование более чем на 50 кондукторах с известным качеством заколонного цемента. В качестве примера приведены результаты исследований на скважине 4131 Азнакаевской площади Ромашкинского месторождения. Глубина спуска кондуктора 292 м, диаметр 299 мм. Предварительные исследования кондуктора по методу-прототипу показали, что дефекты цементного кольца, характеризующиеся как "плохое" и "частичное" сцепление цемента с колонной, расположены в интервалах 35-93 м, 110-123 м, 172-187 м и 255-280 м.

Исследования по заявляемому способу были проведены в следующей последовательности. На торец кондуктора 1 (фиг.1) с помощью алебастра, обеспечивающего акустический контакт, были наклеены пьезокерамические преобразователи 2 и 3 (соответственно приемник и излучатель). От генератора импульсов 4 на излучатель 3 подавался электрический сигнал с частотой 30 кГц и продолжительностью 0,5 мс, преобразуемый излучателем в акустические колебания тех же параметров. Одновременно с подачей вышеуказанного сигнала включалось регистрирующее устройство 5, представляющее собой персональную ЭВМ с аналого-цифровым преобразователем на входе. Сигналы, отраженные от границ дефектов цементного кольца, воспринимались приемником 2 и через усилитель 6 поступали на устройство 5, где регистрировались в координатах Х (глубина кондуктора, являющаяся функцией времени поступления сигнала) и Y (амплитуда отраженного сигнала А_с) путем записи на гибком магнитном диске. Картина отражений, наблюдаемая при этом на экране дисплея ПЭВМ, представлена на фиг. 2.

Дальнейшая обработка результатов исследований проводилась в следующей последовательности.

По всем полученным значениям Х и Y методом наименьших квадратов с помощью ПЭВМ определяли оптимальную функцию регрессии, характеризующую суммарный уровень (амплитуду) шумов различного происхождения А_ш. Кривая регрессии показана на фиг.2.

Для каждой точки кондуктора определяли с помощью ПЭВМ значение относительной амплитуды сигнала А_о по формуле A_о= 100% Полученные значения А_о наносили на график (фиг.3).

Проводили интерпретацию результатов обработки данных. При этом положительные значения А_о определяли интервалы дефектов цементного кольца (фиг.3, а, б, в,г). Ниже наносили интервалы дефектов цемента, определенные по способу-прототипу (фиг.3,а',б',в',г'). Как видно из сравнения, результаты исследований по предлагаемому способу и способу-прототипу хорошо совпадают друг с другом. Аналогичные результаты получены по всем исследованным скважинам.

Технико-экономическая эффективность от применения предлагаемого способа достигается за счет многократного по сравнению с известным уменьшения трудозатрат. Здесь исключаются: привлечение бригад и спецтехники капитального ремонта скважин, подъем внутрискважинного оборудования и извлечение эксплуатационной колонны до башмака кондуктора, потери нефти от простоя скважины во время исследований. При реализации предлагаемого способа на исследование одного кондуктора затрачивается не более 2-3 ч, а по способу-прототипу, как показывает практика, проведение таких работ занимает до 150 ч.

Формула изобретения

АКУСТИЧЕСКИЙ СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ КАЧЕСТВА ЦЕМЕНТНОГО КОЛЬЦА ЗА КОНДУКТОРОМ СКВАЖИНЫ, включающий излучение акустических колебаний и последующую регистрацию параметров их распространения с помощью излучателя и приемника, отличающийся тем, что, с целью снижения трудоемкости проведения исследований, излучатель и приемник акустических колебаний устанавливают на верхнем конце кондуктора и связывают их акустически с телом кондуктора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3