Способ контроля цементирования нефтегазовых скважин

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

O Il И С А Н И E 981914

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6! ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 23.02.81 (21) 3294743/18-25 с присоединением заявки Ля (23 ) Приоритет (51) М. Кл.

G, 01 v 1/40

3Ьсударственный комитет

СССР по делам изобретений н отнрытнй

Опубликовано 15.12-82. Бюллетень № 46 (53) УДК550.83 (088.8) Дата опубликования описания 17.12.82 ь. (\) ф" у;

Б. И. Кирпиченко и А. A. Сержантов kl f8

"" -- - ГПд.

Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-.кдщст тсТ9фбй{й

f институт геофизических исследований геологоразведочных сква (72) Авторы изобретения (7l ) Заявитель (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ИЕМЕНТИРОВАНИЯ НЕФТЕГАЗОВЫХ

СКВАЖИН

Изобретение относится к промысловогеофизическим исследованиям скважин и может быть использовано при исследовании качества цементирования в сложных геолого-технических условиях.

Известны способы изучения качества

5 цементирования, основанные на исследовании колебаний, возбужденных акустическими преобразователями в виде волн давления в скважинной жидкости, и регистрации в виде образующихся при этом преломленных волн на стенке колонны (1) и f23.

Недостатком способов является относительно низкий диапазон частот колебаний и сильное влияние неоднородности скважинной жидкости на амплитуды изучаемых волн, обусловленное затуханием высокочастотных колебаний.

Известен способ оценки качества це- 2в ментирования, основанный на возбуждении источником акустических импульсов колебаний трубы, резонансных для каждого излучаемого ее участка (3)>

Недостатком этого способа является малая амплитуда колебаний колонны, а также сложность системы, перестраивающей излучатель на различные резонаноные частоты, и независимость алгоритма перестройки от условий измерений (на пример, при наличии неоднородной жидкости).

Известно также устройство, включающее щуп (резец), передвигающийся по стенке скважины вдоль ее оси и сигнализирующий о неровностях стенки скважины посредством акустического датчика. Двигая щуп по стенке, в нем возбуждают механические колебания, частота кото- рых определяется структурой неровностей стенки $4 ).

Однако устройство характеризуется недостаточной информативностью при иоследованиях состояний внешних контакТоВ колонны с цементным кольцом (амплитуда колебаний тцупа зависит только

4 4 дифицированного АКБ-36) с фиксаторами его положения в скважине возбуждают шумовые колебания и затем подбирают скорость движения так, чтобы. максимальные амплитуды колебаний в незацементированной колонне имели частоту не выше частоты радиального резонанса для колонны данного диаметра (например, для стандартной KDJIOH?IbI диаметром 146 ммпорядка 12 кГц.)

При этом, поскольку общая энергия трения фиксаторов остается примерно постоянной по стволу, постольку изменения амплитуд регистрируемых нормаль1 ных радиальных колебаний (а также го-.. ловных волн, прошедших на участке от фиксатора до приемника) будут обусловлены различием затухания за счет изменяющегося характера контакта колонны с цементом кольцом. Регистрация колебаний обеспечивается приемником с круговой характеристикой направленности, расположенным таким образом, чтобы точки касания колонны фиксаторами находились в области максимальной его чувствительности.

Способ осуществляют следующим образом.

Поскольку чувствительность к.дефектам контактного типа тем больше, чем больше радиальные составляющие колебаний колонны, а последние наиболее велики на частотах радиального резонанса. колонны, причем для участков зацементированной колонны частота резонанса снижается до величин порядка 6-8 кГц, то задача сводится к возбуждениЮ колебаний с частотами, близкими к собственному резонансу излучаемого участка колонны. В частности для стандартной колонны диаметром 146 мм это будут частоты в диапазоне 4-12 кГц. При выбранном способе регистрации регистрируемая амплитуда будет соответствовать резонансной для данного участка.

Дополнительно амплитуду исследовательских колебаний можно поднять повышением интенсивности трения за счет увеличения скорости движения прибора.

Более детальный порядок операций в следующем. Для возбуждения колебаний колонны на скважинный акустический прибор„содержащий приемник звуковых колебаний, надевают центратор, состоящий из 3-4 пластинчатых металлических фиксаторов, касающихся стенок колонны и упруго фиксирующих положение прибоР8.

Бель достигается тем, что согласно способу контроля цементирования нефтегазовых скважин, основанном на измерении амплитудно-частотных характеристик колебаний, механически возбуждаемых в обсаженной колонной скважине, возбуждают колебания колонны, используя энергию движения прибора, механически фиксируемого относительно стенок колонны плоскими пластинчатыми фиксаторами, производят регистрацию максимальных амплитуд возбужденных колебаний при скорости, обеспечивающей их частоту не выше резонансной для данной колонны затем повышают давл1эние в скважине и повторяют регистрац?сю при повышенном давлении, а цефекты пементирования вы50 деляют по уменьшен?по при давлении регистрируемых амплитуд колебаний и их средних периодов.

Способ реализуется скважинным прибором, регистрирующ им основные харак теристики шумов (например, амплитудных и частотных). Для этого при движении с произвольной скоростью (например, 600-1200 м/ч) прибора (например, мо3 98191 от шероховатостей внутренней стенки колонны) .

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является спс соб контроля цементирования нефтегазовых скважин, основанный на измерении амплитудно-частотных характеристик колебаний, механически возбуждаемых в обсаженной колонной скважине.

Способ основан на использовании в >0качестве излучателя электромагнитного ударного механизма, наносящего при движении прибора по скважине непрерывные удары по колонне, что дает возможность повысить энергию колебаний (51.

Однако спектр колебаний имеет явно выраженный низкочастотный характер (единицы килогерц), что приводит к oIIределенному ограничению информативности исследований. Кроме того, регистриру-20 ется только преломленная волна, а амплитуда радиальных колебаний, соответствующих этой продольной волне, не превышает единиц микрон, что обуславливает и низкую чувствительность к де- 25 фектам на конткате цемент - колонна.

Недостатком является и относительная сложность схемы скважинного прибора для реализации способа.

Бель изобретения — повышение чув- Зо ствительности к дефектам цементирования на контакте колонны с цементом.

081014

Источником колебаний колонны является трение фиксатора в точке его касания с колонной, а также излучение в колонну других участков фиксатора.

Учитывая целесообразность использования наиболее интенсивных колебаний, а также различную информативность их частотных составляющих, необходима приближенная оперативная оценка характера спектра. Для этого регистрируют максимальную амплитуду и средний период колебаний (фиксируют с частотой 25 Гц мгновенные их значения и регистрируют осреднения интегратором).

Поскольку чувствительность к крупным дефектам цементирования повышается тем больше, чем выше амплитуда воз-. буждающих колонну колебаний, то повышают скорость движения прибора так, чтобы в области 4-12 кГц получить наибольшие амплитуды колебаний. Повышение скорости при которой основной максимум спектра смещается в области выше 12 кГц, не целесообразно в связи с уменьшением величины максимума (в этом случае проИсходит уход от резонанса зацементированной колонны). В области частот ниже

4 кГц искажающее влияние в регистрируемые колебания может вносить внутриколонный поток жидкости.

Такие механически возбужденные кольбания определяются резонансными свойствами колонны с цементом и фиксаторов, но зависят и от состояния шероховатости внутренней поверхности колонны. Поэтому 35 целесообразно использовать сравнительные измерения, исключающие такое влияние, в частности повторные замеры при нормальном и повышенном давлении в колонне. Ю

Деформация колонны относительно цемента ипи (при заколонном сообщении) цемента относительно колонны позволяет выделить дефекты, имеющие изменяемую

45 часть, а высокая амплитуда механических колебаний обеспечивает выделение дефек« тов, раскрытость которых значительно больше, чем раскрытость дефектов максимально различимых при исследовании регуляторными колебаниями на частотах порядка 20-30 кГц.

Взаимосвязь регистрируемых предлагаемым способом колебания с качеством цементирования обусловлена тем, что соб55 ственная частота колебаний колонны снижается с увеличением плотности контакта цементного кольца с ней. При этом снижении (относительно резонансной частоты для свободной колонны рассмотренной конструкции) регистрируемые вынужденные колебания будут иметь тем боль шую амплитуду, чем ближе сниженная (за счет контакта с цементом) частота зацементированной колонны к частоте вынуждающих колебаний центраторов (для рассмотренной конструкции к аппаратуре

AKIl-36 4-8 кГц).

Кольцевые зазоры между цементом и колонной, соизмеримые с нормальными колебаниями колонны, вносят наибольшее ослабление в возбуждаемые трением ко-. лебания. В таких интервалах доля резонансных нормальных колебаний снижается (частота системы становится значитепь но выше частоты вынужденных колебаний) и возрастает доля колебаний, обусловленных преломленной волной.

Давление выбирают из условия наибольшей допустимой деформации данного типа колонны, обычно поояака О. 8 от опрессовочного (80-.1 20 кгс/см2) .

Регистрация максимальных амплитуд может производиться как путем соо ветствующего слежения с измерением среднего периода выделенной амплитуды, так и путем вьщеления фильтром, настроенным на полосу 6 — 1 2 кГц.

Возбуждаемые в колонне волны достаточно интенсивны, чтобы быть зарегистрированными в случае отсутствия жидкости в колонне (снижение регистрируемых амплитуд при заглушенной прямой волне не превышает двухкратного).

Положительный эффект способа связан с упрощением скважинной измерительной системы (достаточен усилитель и приемник), возможностью приближенной оценки качества цементирования в случае бол| щего газосодержания флюида, заполняюще.го скважину.

Регистрируемые таким способом амплитуды могут быть также использованы для введения поправок в величины шумов, характеризующих различные потоки в скважине.

Кроме того, в связи с большой амплитудой колебаний, возбуждаемых в колонне, удается расширить диапазон величин изучаемых дефектов цементирования.

Проверка информативности регистрируемых колебаний указывает на наличие связи их с дефектами цементирования, определяемыми стандартным методом.

Кроме того, проверка в динамическом режиме указывает на связь вьщеляемых дефектов с дефектами, сообщение кото7 9819 рых по заколонному пространству между пластами установлено по промысловым данным.

Формула изобретения

Способ контроля цементирования нефтегазовых скважин, основанный на измерении амплитудно-частотных характе- 10 ристик колебаний, механически возбуждаемых в обсаженной колонной скважине, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности к дефектам цементирования на контакте колон 15 ны с цементом, возбуждают колебания колонны, используя энергию движения прибора, механически фиксируемого относительно стенок колонны плоскими пластинчатыми фиксаторами, производят 20 регистрацию максимальных амплитуд воз14 8 бужденных колебаний при скорости, обеспечивающей их частоту не выше резонансной для данной колонны, затем повышают давление в скважине и повторяют регистрацию при повышенном давлении, а дефекты цементирования выделяют по уменьшению при давлении регистрируемых амплитуд колебаний и их средних периодов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

% 424009, кл. G 01 Ч 1/40, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

% 330247, кл. 5 01 V 1/40, 1969.

3. Патент Англии N 2002902, кл. G 01 Ч 13/00, опублик. 1977.

4. Авторское свидетельство СССР

No 59109, кл. Е 21 В 47/00, 1939.

5. Авторское свидетельство СССР

Мю 194694, кл. Е 21 В 47/00, 1964 (прото т ип) .

Составитель Н, Журавлева

Редактор Н. Киштулинец Техред М.H»b Корректор И. Ватрушкина

Заказ 9703/64 Тираж 717 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета . СССР по делам изобретений и открытий

113035, М осква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4