книги / Геофизические исследования скважин

Поэтому показания счетчиков, регистрирующих рассеянное гаммаизлучение, со стороны горных пород /ууПбудет иметь наименьшее значение по разрезу — линия горных пород. При заполнении затрубного пространства буровым раствором показания счетчиков изменяются от I— линии бурового раствора до 1 ^ — линии горных пород (см. рис. 160, II). При заполнении затрубного пространства це­ ментом показания изменяются от 1т — линии цемента от — ли­ нии горных пород (см. рис. 160, III).

Выделение на диаграммах значений интенсивностей, отра­ жающих плотность бурового раствора, цемента и горных пород, по­ зволяет судить о характере распределения цемента за колонной.

Если кривые рассеянного гамма-излучения имеют небольшую дифференциацию, то это свидетельствует об однородности среды в затрубном пространстве. Характер среды, заполняющей затрубное пространство, определяется по величинам зарегистрированных зна­ чений гамма-активности.

На участке I (рис. 161) кривые слабо дифференцированы и по значениям интенсивностей приближаются к р. Это свидетельству­ ет об отсутствии цемента за колонной. На участке II кривые слабо дифференцированы и по значениям интенсивностей близки к зна­ чениям /ууЦ. Это зона хорошего цементирования. На участке III зна­ чения интенсивностей меньше 1т , но больше Lf(n. Это тоже зона хо­ рошего цемента, но толщина цементного кольца невелика и на ней

Рис. 161. Примеры определения качества цементирования обсадных колонн по данным цементограмм, деффектограмм и круговых цементограмм

1 — буровой раствор, 2 — цемент

291

сказывается плотность горных пород. В случае эксцентричного поло­ жения колонны, односторонней заливки, наличия пустот и каналов в цементном камне плотностная характеристика среды в затрубном пространстве по диаметру скважины будет изменяться.

Поэтому регистрируемые кривые рассеянного гамма-излучения будут иметь значительную дифференциацию.

На рис. 161 участке IV изображены диаграммы при некачествен­ ном цементировании колонны, центрированной в скважине. Регист­ рируемые значения гамма-активности изменяются от 1Ш до 1т . По круговой цементограмме можно судить о раскрытости трещины. Уча­ сток аа1 диаграммы соответствует периметру окружности — 360”. Участок bbx отражает незацементированную часть скважины и мо­ жет быть выражен в градусах.

Случаи эксцентричного положения незацементированной и заце­ ментированной колонны показаны на рис. 160 (случаи II и III).

Материалы гамма-гамма-цементометрии дают принципиальную возможность количественной оценки качества цементирования. Для этого необходимо точно учитывать толщину стенки труб обсадной колонны. Эталонировать скважинные приборы следует в специаль­ ных эталонировочных устройствах.

Гамма-гамма-цементометрия дает уверенные результаты при исследовании скважин большого диаметра (250 — 295 мм), об­ саженных колонной диаметром 146 мм, т. е. когда величина це­ ментного камня достаточна для внесения заметных изменений в плотностную характеристику среды в затрубном пространстве. При малой толщине цементного камня (диаметр скважины 190 мм, диа­ метр обсадной колонны 146 мм), а также при закачке цемента об­ легченных марок интерпретация получаемых материалов неодноз­ начна. В этом заключаются ограничения гамма-гамма-цементомет­ рии.

Акустический метод

Оценка качества цементирования обсадных колонн в скважинах акустическими методами основана на различии в скорости рас­ пространения упругой волны и на изменении ее амплитуды в за­ висимости от механических свойств окружающей среды; на высокой чувствительности акустического сигнала к жесткости контакта на границе между двумя средами и к разрывам механической сплош­ ности среды. Проводят акустические измерения путем возбуждения в скважине импульсов упругих колебаний и их регистрации приемни­ ком, удаленным на фиксированное расстояние от источника ко­ лебаний, времени прихода преломленной продольной волны и ее ам­ плитуды. По мере распространения упругой волны от источников колебаний к приемнику происходит перераспределение ее энергии между контактирующими средами: обсадной колонной, цементным камнем и горной породой.

Если колонна обсадных труб свободна, не связана с цементом, то упругая волна распространяется непосредственно по металлу колон­

2 9 2

ны со скоростью порядка 5200 м /с и с малой потерей энергии. Ампли­ туда волны Аксохраняется максимальной.

В случае жесткого сцепления колонны с цементом упругие коле­ бания, распространяясь по колонне, возбуждают колебания в цемен­ тном камне. Прохождение волны по цементу характеризуется сни­ жением скорости распространения волны и значительными потеря­ ми энергии. В результате возрастает время прохождения волны и снижается амплитуда проходящей волны. При сцеплении цемент­ ного камня со стенками скважины время прихода волны определя­ ется свойствами горных пород.

Динамические характеристики упругих волн изменяются в широ­ ких пределах и зависят от свойств цемента, а также от условий кон­ тактов цементного камня с обсадной колонной и горными породами.

Амплитуда волны, распространяющейся по свободной колонне (трубная волна), зависит от диаметра обсадных труб. На рабочей ча­ стоте 25 кГц при изменении диаметра труб от 127 до 203 мм ампли­ туда волны уменьшается до 40%. При изменении толщины стенок труб амплитуда изменяется не более чем на 10— 15 %.

Амплитуда волны, распространяющейся по цементному камню, зависит от его толщины. В диапазоне изменения толщины цемента от нуля до 30 мм затухание амплитуды происходит по экспоненци­ альному закону. Контакт цементного кольца с поверхностью колон­ ны через материалы (глина, парафин, мазут и др.) приводит к сни­ жению амплитуды на 25 — 30 % по сравнению с амплитудой в незацементированной колонне. Аналогичное влияние оказывают микро­ зазоры в 30 — 50 мкм, заполненные жидкостью. Кривая амплитуды чувствительна также к вертикальным каналам и разрывам в цемен­ тном кольце.

Для контроля качества цементирования разведочных и экс­ плуатационных скважин широко применяю тся серийные аку­ стические цементомеры АКЦ-1, АКЦ-2, АКЦ-4. Блок-схема такого прибора приведена на рис. 162.

Аппаратура состоит из наземной панели управления и сква-жин- ного прибора и обеспечивает с помощью регистраторов 3— 5 регист­ рацию следующих параметров: Ак — амплитуды волны, распрост­ раняющейся по колонне; Ап — амплитуды волны, распространяю­ щейся по породе; tn— времени первого вступления продольной волны (в мкс).

Скважинный прибор представляет собой двухэлементный акус­ тический зонд с электронной схемой. В середине герметизированно­ го корпуса размещен электронный блок, в верхней и нижней частях

— магнитострикционные излучатель и приемник, изолированные друг от друга и корпуса прибора акустическими изоляторами.

Магнитострикционный излучатель 9 возбуждается генератором токовых импульсов 10. Управление генератором осуществляется че­ рез возбудитель 11 и фильтр 8 тактовыми импульсами частотой 12,5 Гц от формирующего устройства 1 панели управления. Так как собственная частота излучателя составляет примерно 25 кГц, то при

2 9 3

на малогабаритная аппаратура АКЦ-36. Помимо уменьшения наружного диаметра скважинного при­ бора до 36 мм аппаратура отличается от стандартных цементомеров более высокой радиальной и вертикальной чувствительностью. Это достигнуто в результате повышения частоты излучателя и умень­ шения базы измерения.

Диаграммы акустического цементомера дают качественное пред­ ставление о состоянии цементного кольца и его герметичности. Уста­ новить характер дефектов (каналы, разрывы или микрозазоры) по полученным материалам в большинстве случаев нельзя. Поэтому любые дефекты или их сочетания выражаются через чисто услов­ ный термин сплошность контакта.

Для характеристики контактов цементного камня с колонной или горной породой можно ввести три вида контактов.

294

Сплошной контакт — имеется жесткий контакт цементного камня с колонной или горной породой по всей поверхности прилегания.

Частичный контакт — есть контакт на отдельных участках поверхности цементного камня с колонной; имеются каналы в це­ ментном камне размером не более половины периметра колонны, разрывы — не менее 1,5 м; отме­ чается чередование участков размером 0,5 — 1,5 м с хорошим или плохим сцеплением цемент­ ного камня с колонной.

Отсутствие контакта — в пре­ делах базы измерения колонна свободна или имеет зазор на гра­ нице колонна — цементный ка­ мень.

Таким образом, акустический метод позволяет определять сте­ пень сцепления цементного камня

сколонной. Сцепление цементного камня со стенками скважины ус­ танавливают при сопоставлении данных акустического цементомера с замерами, полученными в необсаженной скважине.

Пример интерпретации дан­ ных акустического цементомера приведен на рис. 163. По диаграм­ ме акустического цементомера до глубины 880 м контакта цемента

сколонной нет. Об этом свиде­ тельствуют значения Ап и Ак, на диаграммах которых четко про­ слеживаются замковые соедине­ ния труб. В интервале 880 — 1188 м контакт частичный или плохой. Ниже глубины 1183 м сцепление цемента с колонной хо­ рошее.

2 9 5

дефектограмме верхняя граница цемента выделяется на глубине 255 м. До глубины 980 м в затрубном пространстве гельцемент. Ниже (за исключением интервала 1125 — 1130 м) за колонной цемент.

Комплексирование акустического цементомера и гамма-цемен- томера реализовано в аппаратуре ЦМГА-2, которая включает два автономных скважинных цементомера: акустический АК-1 и гам­ ма-плотномер-толщиномер СГДТ-3. Механическое и электричес­ кое сочленение скважинных приборов осуществляется с помощью стыковочного устройства, расположенного в приборе АК-1. Для пи­ тания приборов и передачи информации на поверхность служит трехжильный бронированный кабель.

В аппаратуре АК-1 установлены низкочастотные преобразователи, собственная частота которых 12— 14 кГц на 2— 3 кГц ниже резонанс­ ной частоты 146-миллиметровых обсадных труб. Благодаря этому уве­ личилась глубинность исследований и аппаратура стала более чув­ ствительной к изменению параметров цементного кольца.

Акустический прибор оснащен трехэлементным зондом, что по­ зволяет дополнительно к параметрам, регистрируемым серийной аппаратурой, записывать: АТ — интервальное время прохождения продольной волной расстояния между двумя элементами прибора; а к — коэффициент затухания волны, распространяющейся по ко­ лонне; а„ — коэффициент затухания волны, распространяющейся по горной породе.

Регистрация дополнительных параметров, относимых к базе зон­ да, т. е. расстоянию S между двумя приемниками, дает возможность уменьшить влияние ряда искажающих фактов (в частности, цент­ рирование скважинного прибора) и повысить достоверность интер­ претации материалов.

Коэффициент затухания а к характеризует распространение уп­ ругих волн в цементном камне и отражает жесткость сцепления ко­ лонны с цементом. Интервальное время АТ и коэффициент затуха­ ния а п отражают распространение упругих волн в горных породах; они позволяют характеризовать качество сцепления цементного кам­ ня со стенками скважины.

§ 4. КОНТРОЛЬ ЗА ТЕХНИЧЕСКИМ СОСТОЯНИЕМ ОБСАДНЫХ КОЛОНН

Техническое состояние обсадных колонн изучают в течение всего времени эксплуатации. Первые замеры выполняют непосредственно после выхода скважины из бурения. Эти измерения позволяют выя­ вить возможные дефекты колонн; они служат также фоновыми зна­ чениями для последующих измерений. Исследования, проводимые в процессе эксплуатации скважины, позволяют регистрировать ди­ намику образования различных дефектов и обеспечивают контроль за качеством ремонтных работ.

Для контроля состояния обсадных колонн широко применяют ме­ тод, основанный на регистрации рассеянного гамма-излучения. В скважинном приборе, предназначенном для проведения этих ис­

296

297

позволяющими измерять внутренний диаметр труб: профилемером, микрокаверномером.

Трубчатый профилемер ПТС предназначен для измерения внут­ реннего диаметра и профиля обсадных колонн. Прибор снабжен две­ надцатью измерительными рычагами. Профиль определяется парой рычагов, расположенных в одной плоскости и перемещающихся не­ зависимо от других пар. Прибор центрируется в скважине. Переме­ щение каждой пары рычагов связано с отдельным реостатом. Для преобразования механических перемещений в электрические реос­ таты от общего генератора питаются переменным током частотой 20 кГц. Для одновременной регистрации шести измеряемых парамет­ ров по жиле кабеля используют временную импульсную телеизмери­ тельную систему с амплитудной модуляцией. Прибор рассчитан для работы с трехжильным кабелем и восьмиканальным регистратором. Максимальная рабочая температура 120 °С; давление до 8 • 107 Па; ди­ аметр измеряемых колонн 190 — 300 мм; погрешность измерения ±1,5 мм.

Измерения, выполненные трубчатым профилемером, позволя­ ют выявить эксцентриситет обсадной колонны, обусловленный не­ равномерным сжатием, выделить интервалы на внутренней повер­ хности колонны, нарушенные коррозией.

Дополнительная информация о со­ стоянии обсадных колонн может быть получена с помощью локатора муфт (рис. 166). Локатор муфт представляет собой многослойную индуктивную ка­ тушку со стальным сердечником. Ка­ тушка расположена между двумя по­ стоянными магнитами. Полюсы магни­ тов (N , S) направлены навстречу друг другу. Прибор помещен в антимагнит­ ный корпус. Таким образом, многослой­ ная катушка находится в магнитном поле, создаваемом постоянными магни­ тами.

Вусловиях скважины напряжен­

ие - 166. Электрическая схеность магнитного поля, пронизываю-

сопротивления цепи магнитопровода, в которую входит обсадная колонна. При перемещении прибора по ство­ лу скважины изменение магнитного сопротивления среды приводит к изменению напряженности магнитного поля вокруг катушки, которое возбуждает электродвижущую силу индукции. Возникающая раз­ ность потенциалов AU передается на поверхность по жиле кабеля на регистрирующий прибор (см. рис. 166).

Диаграммы, записанные локатором муфт, позволяют уточнить положение муфтовых соединений обсадной колонны или насосно­ компрессорных труб, уточнить интервалы перфорации. По положе­

298

нию муфтовых соединений осуществляют точную привязку показа­ ний различных приборов по глубине.

С помощью прихватоопределителя — локатора муфт, выпол­ ненного без магнитов, можно определить место прихвата бурильных или насосно-компрессорных труб. Прихватоопределитель (рис. 167) состоит из индуктивной катушки 4,насаженной на сердечник 5 и зак­ люченной в корпус 6 из немагнитной стали. Катушка одновременно является и электромагнитом, башмаками у которой служат головка 2 и днище 7. Питание прибора и снятие полезного сигнала осуществ­ ляются по одножильному бронированному кабелю через свечной электроввод 1 и пружинный контакт 3.

Рис. 167. Электромагнитный прихватоопределитель

Работы по определению места прихвата выполняют следующим образом. Записывают контрольную кривую магнитной индукции в предполагаемом интервале при­ хвата (рис. 168,1). Затем в трубах устанавливают магнитные метки 1 на расстоянии 10— 15 м друг от друга. Выполняют второй замер прихватоопределителем, на кото­ ром фиксируется положение маг­

нитных меток (рис. 168, II). После этого к колонне труб прикладыва­ ют максимально допустимые на­ грузки — растяжение или скру­ чивание. Затем вновь записывают кривую магнитной индукции (рис. 168, III). В свободной части труб, которые испытали упругие де­ формации, магнитные метки ис­ чезнут или значительно изменят­ ся по величине. Ниже глубины прихвата 2 колонна нагрузок ис­ пытывать не будет и магнитные метки сохранятся.

2 9 9

камеру, управление которой оператор осуществляет с поверхности. Скважинный прибор типа ФАС-1 состоит из оптической части, лентопротяжного механизма электрической части и кожуха со смот­ ровым окном диаметром 60 мм. Фотографирование — боковое оди­ ночными кадрами или серией кадров при движении прибора. Раз­ мер изображения 11,4 мм в масштабе 1:5.

Фотографирование стенок скважины возможно только в прозрач­ ных средах. Поэтому перед спуском прибора скважину необходимо промыть чистой водой. Это резко ограничивает область возможного применения метода.

Если скважина заполнена непрозрачной жидкостью — глинистым раствором, нефтью, минерализованной водой, то получить изобра­ жение стенок обсадной колонны или открытого ствола скважины можно с помощью скважинного акустического телевизора (см. гл. III). Изображение получают методом ультразвуковой эхолокации.

В скважинном приборе установлен вращающийся вокруг про­ дольной оси пьезоэлектрический преобразователь, который сов­ мещает функции излучателя и приемника ультразвуковых им­ пульсов. За один оборот вокруг оси прибора излучатель посылает около 400 посылок импульсов. Посылаемые импульсы имеют форму узкого акустического луча, сфокусированного в точке на поверхнос­ ти скважины. Амплитуда отраженного импульса зависит от состоя­ ния поверхности. Отраженный импульс воспринимается приемни­ ком и передается на поверхность. Изображение отраженного сигна­ ла по одному витку высвечивается в виде одной строки переменной яркости на экране кинескопа и регистрируется на фотопленку, дви­ жущуюся синхронно с протяжкой кабеля (рис. 65).

§ 5. ПРИТОКОМЕТРИЯ

Притокометрия включает определение мест притоков и поглоще­ ний в бурящихся скважинах, установление мест притоков, заколонных перетоков, поглощений в обсаженных скважинах. Решают эти задачи с помощью дебитомеров, термометров, резистивиметров, ра­ диоактивных изотопов.

Большое распространение для решения этих задач получила тер­ мометрия. Ее применение основано на различии температур пласто­ вого флюида и бурового раствора, заполняющего скважину. Исполь­ зование дебитометрии ограничивается случаями, когда происходит перемещение флюида по стволу скважины. Резистивиметры позво­ ляют выделять интервалы притока только пластовых вод или зоны поглощения бурового раствора.

Рассмотрим методики выделения мест притока и затрубной цир­ куляции в обсаженных скважинах.

Выделение мест притока

В эксплуатируемых скважинах интервал притока уверенно вы­ деляется по замерам дебитомеров. Методика исследования ана­ логична описанной в гл. X.

300