Способ воздействия на процесс консолидации цементного раствора за обсадной колонной в горизонтальных скважинах

Изобретение относится к области цементирования обсадных колонн (ОК) нефтяных и газовых скважин и промыслово-геофизических методов контроля качества. Техническим результатом является повышение качества цементирования горизонтальных скважинза счет своевременного обнаружения мест «защемления» смеси промывочной жидкости и тампонажного раствора за ОК с замедленной консолидацией. Предложен способ воздействия на процесс консолидации цементного раствора за обсадной колонной в горизонтальных скважинах, который включает этапы проведения каротажа в скважинах прибором акустического контроля качества цементирования ОК, регистрацию амплитуд волн Лэмба-Стоунли, интерпретацию результатов измерений с выделением участков «защемления» смеси промывочной жидкости, и осуществления локальной обработки мест «защемления» промывочной жидкости упругими колебаниями на частоте радиального резонанса обсадной колонны. При этом акустический контроль качества цементирования ОК проводят на ранних временах сразу после окончания закачки цементного раствора в скважину в течение 30-180 минут, затем выделяют интервалы за ОК по регистрации волн Лэмба-Стоунли с наиболее низкой динамикой их уменьшения, характеризующей наличие локальных участков «защемления» смеси промывочной жидкости и цементного раствора. 2 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области промыслово-геофизических методов контроля качества цементирования обсадных колонн нефтяных и газовых скважин и может быть использовано при цементировании горизонтальных скважин.

При креплении обсадных колонн (ОК) в горизонтальных скважинах путем закачки тампонажного раствора в заколонное пространство на горизонтальных участках ствола образуются места касания ОК с открытым стволом скважины, либо в местах прогиба ОК создается малый зазор, из которого не всегда удается вытеснить промывочную жидкость с помощью тампонажного раствора. В результате возникают участки или интервалы «защемления» смеси промывочной жидкости с тампонажным раствором, которые обладают низкими изолирующими свойствами из-за более длительного набора необходимой прочности, что может служить причиной нарушения изоляции заколонного пространства и вызвать образование заколонных перетоков, не подверженных ремонтным исправлениям.

Известно, что повысить изолирующие свойства цементного кольца из указанной смеси в скважинах можно путем ускорения ее консолидации-твердения с помощью возбуждения в колонне упругих колебаний, генерируемых внутри колонны с помощью разных виброисточников, доставляемых с поверхности (Гуторов Ю.А., Гильманова A.M. и др. «Виброакустический геофизико-технологический комплекс «Крепь-1» для повышения качества крепления обсадных колонн в сложных геолого-технологических условиях» / НТВ «Каротажник», АИС, Тверь, 1999 г., вып. 62, стр. 78-80).

Известен также геофизико-технологический комплекс «Забой» для обработки призабойной зоны пласта виброакустическим воздействием и контроля режима обработки по изменениям, которые возникают в заколонном пространстве и пласте (Гуторов Ю.А., Моисеев Ю.Н., Филиди Г.Н. и др. «Геофизико-технологический комплекс «Забой» для обработки призабойной зоны пласта и ее оптимизации в процессе воздействия» / НТВ «Каротажник», АИС, Тверь, 1999 г., стр. 74-76).

Технология применения указанного комплекса включает: доставку геофизико-технологического комплекса в составе акустического цементомера и вибратора в интервал воздействия для проведения фонового замера в режимах шумомера и акустического цементомера, последующее вибрационное воздействие с одновременным контролем интенсивности и частоты вибрационного поля шумомером, контроль амплитудно-временных параметров упругой преломленной волны по колонне при остановках воздействия и дальнейшее извлечение комплекса на поверхность, в случае достижения необходимого результата.

Применительно к горизонтальным скважинам известный метод можно применить в случае установления местоположения участков «защемления» указанной смеси в проблемных местах прогиба или касания ОК стенки открытого ствола.

Известен метод для установления участков расположения за колонной неконсолидированной тампонажной смеси путем регистрации амплитуды волны Лэмба-Стоунли при проведении измерений с помощью аппаратуры широкополосного акустического каротажа (Гуторов Ю.А. «Метод широкополосного акустического каротажа для контроля технического состояния обсаженных скважин нефтяных и газовых месторождений», БГУ, г. Уфа, 1995 г.).

Известный метод предусматривает возможность отслеживать процесс консолидации тампонажной смеси при переходе из жидкой в твердую фазу по степени ослабления (затухания) амплитуды волны Лэмба-Стоунли, при этом, чем медленнее идет консолидация тампонажной смеси, тем медленнее происходит ослабление амплитуды волны Лэмба-Стоунли.

Известен способ оценки качества цементирования обсадных колонн, включающий в себя проведение каротажа в скважинах прибором акустического контроля качества цементирования, регистрацию амплитуд волн Лэмба-Стоунли, интерпретацию результатов измерений, в результате которой судят о хорошем качестве цементирования по отсутствию или сильному ослаблению волн Стоунли (Пат. РФ №2312376, опубл. 10.12.2007 г.).

Недостаток известного способа заключается в отсутствии критериев поведения амплитуд волны Лэмба-Стоунли, при которых наблюдается замедленная консолидация тампонажной смеси за обсадной колонной в горизонтальных скважинах, так как известный способ предусматривает проведение акустического каротажа после завершения цементирования скважин, по истечении большого промежутка времени, необходимого для процесса затвердевания тампонажного раствора и служит лишь для оценки конечного его качества. Из-за длительного промежутка времени, прошедшего после завершения тампонажа уже не целесообразно по результатам измерений воздействовать на процесс цементирования, с целью его ускорения, поскольку он уже завершился и амплитуды волны Лэмба-Стоунли равны нулю.

Как указывалось выше, в горизонтальных скважинах возникают участки или интервалы «защемления» смеси промывочной жидкости с тампонажным раствором, которые обладают низкими изолирующими свойствами из-за более длительного набора необходимой прочности тампонажного камня, что может служить причиной нарушения изоляции заколонного пространства и вызвать образование заколонных перетоков, не подверженных ремонтным исправлениям.

Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение своевременного обнаружения мест «защемления» смеси промывочной жидкости и тампонажного раствора за ОК с замедленной консолидацией и возможности воздействия на ускорение процесса ее консолидации для повышения качества цементирования горизонтальных скважин в местах с неполным вытеснением промывочной жидкости.

Указанная задача достигается тем, что в предлагаемом способе воздействия на процесс консолидации цементного раствора за обсадной колонной (ОК) в горизонтальных скважинах, включающем проведение каротажа в скважинах прибором акустического контроля качества цементирования ОК, регистрацию амплитуд волн Лэмба-Стоунли, интерпретацию результатов измерений, в отличие от известного, акустический контроль качества цементирования ОК проводят на ранних временах сразу после окончания закачки цементного раствора в скважину в течение 30-180 минут, при этом выделяют интервалы за ОК по регистрации амплитуд волн Лэмба-Стоунли с наиболее низкой динамикой их уменьшения, характеризующей наличие локальных участков «защемления» смеси промывочной жидкости и цементного раствора, и осуществляют их локальную обработку упругими колебаниями на частоте радиального резонанса обсадной колонны, определяемой по формуле:

f=V/π·D,

где:

f - частота радиального резонанса обсадной колонны, 1/сек;

V - скорость звука в металле свободной колонны, м/сек;

π - 3, 14, постоянное число;

D - диаметр колонны, м.

На фиг. 1 представлена таблица 1 «Динамика амплитуды волны Лэмба-Стоунли за колонной в процессе твердения тампонажной смеси, mV», показывающая изменения амплитуды волны Лэмба-Стоунли в зависимости от плотности цементной смеси за ОК, регистрируемой сразу после цементирования горизонтальной скважины.

На фиг. 2 представлена таблица 2 «Динамика амплитуды волны Лэмба-Стоунли за колонной в тампонажной смеси после ее обработки виброисточником, mV», показывающая изменения амплитуды волны Лэмба-Стоунли, регистрируемой после обработки участков «защемления» смеси промывочной жидкости и цементного раствора упругими колебаниями.

Исследования показали, что на реологические свойства тампонажной смеси значительное влияние оказывает степень ее перемешивания с промывочной жидкостью, которую она вытесняет при продавке в заколонное пространство при цементировании. Очевидно, что на участках «защемления» смеси промывочной жидкости и тампонажного раствора основное реологическое свойство - плотность тампонажного раствора, будет значительно отличаться в меньшую сторону от оптимальной величины. Соответственно, здесь процесс консолидации тампонажной смеси протекает более медленно, что и отражается на динамике ослабления амплитуды волн Лэмба-Стоунли, напротив указанных участков.

Экспериментально установлено время - до 180 мин. после окончания цементирования ОК, в течение которого происходит консолидация тампонажной смеси на участках за ОК, где не образуются зоны «защемления» смеси промывочной жидкости и тампонажного раствора, поэтому акустический каротаж целесообразно проводить сразу после завершения цементирования ОК.

Из таблицы 1 видно, что динамика ослабления амплитуды волны Лэмба-Стоунли напротив участков тампонажной смеси с плотностью 1,9-2,0 г/см³ протекает значительно интенсивнее, чем напротив участков тампонажной смеси с плотностью 1,35-1,4 г/см³, где регистрируется низкая динамика уменьшения амплитуды волны, соответственно, характеризующая наличие участков «защемления» смеси промывочной жидкости и цементного раствора.

По результатам акустического каротажа выделяют интервалы, где регистрируется низкая динамика уменьшения амплитуды волны Лэмба-Стоунли, характеризующая наличие за ОК локальных участков «защемления» смеси промывочной жидкости и цементного раствора, и далее осуществляют локальную обработку этих участков с помощью виброакустического комплекса «Крепь-1» либо с помощью виброисточника, сочлененного с прибором акустического широкополосного каротажа (Гуторов Ю.А., Филиди Г.Н. и др. Геофизико-технологический комплекс «Забой» для обработки призабойной зоны пласта и ее оптимизации в процессе воздействия. НТВ «Каротажник», АИС, г. Тверь, 1999 г. Вып. 64, стр. 74-76). При этом для повышения эффективности вибровоздействия, с целью максимального ускорения процесса консолидации тампонажной смеси, проводят вибровоздействие на частоте радиального резонанса ОК, зависящей от ее диаметра и скорости звука в ней, которую определяют по формуле: f=V/π·D,

где:

f - частота радиального резонанса ОК, 1/сек;

V - скорость звука в металле свободной ОК, м/сек;

π - 3,14, постоянное число;

D - диаметр ОК, м.

Экспериментально установлено, что скорость звука в металле свободной ОК находится в диапазоне 5200-5500 м/сек.

Примером осуществления способа могут служить данные, представленные в таблицах 1 и 2.

В процессе измерений с помощью аппаратуры широкополосного акустического каротажа типа СПАК-6Д (Аппаратура акустического каротажа. Краткий каталог. «Технические средства, методические разработки, технологии, услуги в области геофизических исследованиях скважин», ОАО НПП ВНИИГИС, г. Октябрьский, Республика Башкортостан, стр. 71. www.vniigis.bashnet/ru) установлен локальный участок «защемления» смеси промывочной жидкости и цементного раствора с плотностью 1,35-1,4 г/см³, где регистрируется низкая динамика уменьшения амплитуды волны Лэмба-Стоунли по сравнению с динамикой изменения амплитуды волны Лэмба-Стоунли на участке с нормальной консолидацией тампонажной смеси - 1,9-2,0 г/см³. Расхождение динамики изменений волн зафиксировано на ранних стадиях после завершения цементирования на 60-90 минутах (таблица 1).

С помощью виброакустического комплекса «Крепь-1» произведена виброобработка выделенного участка с плотностью 1,35-1,4 г/см³ на частоте, которая соответствует частоте радиального резонанса обсадной колонны, определяемой по формуле: f=V/π·D,

где:

f - частота радиального резонанса ОК, 1/сек;

V - скорость звука в металле свободной ОК, м/сек;

π - 3,14, постоянное число;

D - диаметр колонны, м.

На практике диаметр ОК априори известен, а скорость звука измеряют стандартным прибором акустического каротажа в свободной ОК.

Из таблицы 2 видно, что динамика ослабления амплитуды волны Лэмба-Стоунли напротив участков «защемления» смеси промывочной жидкости и цементного раствора с плотностью 1,35-1,4* г/см³ протекает значительно интенсивнее после обработки их виброисточником на 120 минуте после начала цементирования. При этом на 390 минуте процесс консолидации тампонажной смеси завершился.

Способ воздействия на процесс консолидации цементного раствора за обсадной колонной - ОК в горизонтальных скважинах, включающий проведение каротажа в скважинах прибором акустического контроля качества цементирования ОК, регистрацию амплитуд волн Лэмба-Стоунли, интерпретацию результатов измерений, отличающийся тем, что акустический контроль качества цементирования ОК проводят на ранних временах сразу после окончания закачки цементного раствора в скважину в течение 30-180 минут, затем выделяют интервалы за ОК по регистрации волн Лэмба-Стоунли с наиболее низкой динамикой их уменьшения, характеризующей наличие локальных участков «защемления» смеси промывочной жидкости и цементного раствора, и осуществляют их локальную обработку упругими колебаниями на частоте радиального резонанса обсадной колонны, определяемой по формуле:
f=V/π·D,
где:
f - частота радиального резонанса обсадной колонны, 1/сек;
V - скорость звука в металле свободной колонны, м/сек;
π - 3,14, постоянное число;
D - диаметр колонны, м.