[1]Изобретение относится к области геофизических исследований и может быть использовано для контроля технического состояния нефтяных и газовых скважин.
[2]Контроль качества цементирования обсадных колонн на этапе строительства и в процессе эксплуатации скважин является одной из важнейших задач промысловой геофизики. Основными дефектами цементирования, обуславливающими негерметичность заколонного пространства, являются продольные каналы и кольцевые зазоры на границе контакта цемента и колонны. Для выявления таких дефектов цементирования скважин эффективными являются геофизические методы, основанные на использовании сканирующей аппаратуры.
[3]Из современного технического уровня известен способ оценки качества цементирования обсадных колонн нефтегазовых скважин с использованием секторных зондов, работающих в сканирующем режиме [1]. В программно-управляемом комплексе АМК-2000М используется модуль акустического каротажа МАК-СК на преломленных волнах, содержащий 8-секторный акустический зонд. Этот модуль обеспечивает исследование заколонного пространства в радиальных направлениях через 45° с разрешением по глубине, равным длине рабочей части зондовой установки 40 см. Результаты исследования предоставляются в виде цветовой карты, отображающей уровни сигналов, соответствующие характерным состояниям дефектов цементирования и колонки графического заключения с поинтервальным отображением состояния цементирования.
[4]Недостатком этого способа является то, что результаты исследований обеспечивают уверенное выделение только видимых дефектов цементирования - продольных и кольцевых каналов. При ограниченном количестве секторов сканирования и большом шаге дискретизации по глубине разрешающая способность аппаратуры низка и поэтому при исследовании качества цементирования возможны пропуски каналов вероятных перетоков жидкости и газа за обсадной колонной.
[5]Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ оценки качества цементирования обсадных колонн, при котором осуществляется выделение дефектов цементного камня с использованием метода акустического сканирования, основанного на измерении параметров отраженного сигнала от внутренней стенки обсадной трубы по 30 секторам [2]. Такой способ обеспечивает высокое разрешение выделяемых дефектов цементирования по периметру и вдоль обсадной колонны. Основными параметрами, используемыми для определения плотности контакта цемента с обсадной колонной, является относительное изменение амплитуды сигнала реверберации по секторам, нормированной по значениям при плотном контакте колонны с цементом и в свободной колонне от 0 до 1 усл. ед. Предлагаются градации состояния контакта по 4 уровням сигнала: плотный контакт 0-0.2 усл. ед., кавернозный цемент (частичный контакт) 0.2-0.9 усл. ед., отсутствие контакта 0.9-1.0 усл. ед. и канал в цементе, если 3-10 секторов подряд имеют значение 0.8-1.0 усл. ед. (Методическое руководство по применению аппаратуры акустического каротажа АСТ-К-80. МИ 41-17-1405-2011). Для визуализации результатов оценки качества цементирования служит объемная модель цементирования, колонка заключения в графическим виде и среднее значение индекса цементирования в виде кривой.
[6]Недостатком этого способа является то, что представляемые результаты исследований обеспечивают уверенное выделение только явно выраженных дефектов цементирования. Наличие канала в цементе в 3-10 секторах подряд соответствует его раскрытости по периметру 36-120°, поэтому такая градация качества цементирования является завышенной, так как переток жидкости и газа в заколонном пространстве может происходить по каналу, соизмеримая с одним сектором.
[7]Общими недостатками известных способов оценки качества цементирования обсадных колонн с использованием методов акустического сканирования являются низкая достоверность и точность выделения сообщающихся дефектов цементирования в заколонном пространстве. С применением этих способов выделяются наиболее простые состояния цементирования: участки со сплошным отсутствием и плотным контактом и явно выраженные каналы плохого цементирования.
[8]Технической задачей изобретения является повышение достоверности и точности оценки качества цементирования обсадных колонн нефтегазовых скважин.
[9]Технический результат достигается за счет того, что согласно предлагаемому изобретению по результатам акустического секторного сканирования заколонного пространства выявляют сообщающиеся дефекты цементирования среди множества хаотически распределенных участков с различным состоянием цементирования и количественно оценивают их протяженность вдоль колонны и величину их раскрытости по периметру.
[10]Техническая задача решается следующим образом. Выполняют измерение амплитуд акустического сигнала отраженного сигнала от стенок обсадной колонны в условных единицах от 0 до 1.0 усл. ед, характеризующих состояние механического контакта цемента со стенками обсадной колонны по периметру колонны по секторам (например, 30 секторов для аппаратуры АСТ-К-80), причем хорошему качеству цементирования (плотному контакту) соответствуют низкие значения амплитуд от 0 до 0.2 усл. ед, а плохому качеству цементирования (частичному контакту и его отсутствию) соответствуют значения амплитуд от 0.2 до 1.0 усл. ед. При заданном граничном уровне сигнала 0.2 усл. ед., характеризующем хорошее и плохое качество цементирования, по секторам на каждом кванте глубины амплитудам придают соответствующие значения: 0 и 1 усл. ед. Таким образом, формируют электронную таблицу качества цементирования по секторам и глубине, включающую числовые значения амплитуд сигналов по секторам в функции глубины (квантов глубины) в заданном интервале исследований. На основе электронной таблицы качества цементирования выделяют сообщающиеся дефекты цементирования вдоль колонны, обуславливающих возможные заколонные перетоки жидкости и газа, среди множества хаотически распределенных зон с различным состоянием цементирования. Идентификацию сквозных сообщающихся секторов с дефектами цементирования осуществляют с применением алгоритма графических преобразований. Для этого применяют один из методов растрового графического преобразования примитивов - алгоритм заполнения с затравкой, который изложен в (Роджерс Д. - Алгоритмические основы машинной графики: Пер. с англ. - М.: Мир, 1989. - 512 с., на стр. 110). Сущность этого алгоритма заключается в выполнении последовательного анализа данных по секторам на каждом кванте глубины, выделении секторов с дефектами цементирования (значения амплитуд равных «1 усл. ед.») по периметру и вдоль заколонного пространства и в случае совпадения секторов с дефектами цементирования последующего и предыдущего квантов глубины сектора последующего кванта приобщают к секторам предыдущим кванта.
[11]Таким образом, по длительности совпадения секторов с таким качеством цементирования судят о протяженности сквозных каналов с дефектами цементирования в заданном интервале исследований, а по количеству секторов на каждом кванте оценивают их раскрытости по периметру (в градусах). Также оценивают раскрытость (в градусах) изолированных секторов с дефектами цементирования по периметру на отдельных квантах глубины, не примыкающих к выделенным сквозным каналам.
[12]Технический результат заявляемого технического решения иллюстрируется фигурой, где приведен фрагмент геофизического планшета с данными по оценке качества цементирования обсадной 7'' эксплуатационной колонны газовой скважины по предлагаемому способу. Результаты анализа визуализируются в графическом виде цветовой карты с разверткой 360° и в виде параметров дефектов цементирования по секторам (в градусах) с заданным шагом квантования по глубине скважины:
[13]- раскрытость сквозных продольных каналов,
[14]- раскрытость изолированных дефектов цементирования, не сообщающихся со сквозными каналами,
[15]- суммарная раскрытость дефектов цементирования.
[16]Экономическая эффективность предлагаемого способа оценки качества цементирования нефтегазовых скважин обусловлена высокой достоверностью и точностью выделения дефектов цементирования при оценке качества изоляции заколонного пространства, обуславливающих техническую и экологическую безопасность эксплуатации нефтегазовых скважин.
[17]Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:
[18]1. Сулейманов М.А., Исламгулов В.И., Батырова Д.Р. и др. Модуль сканирующего акустического цементомера МАК-СК для программно-управляемого комплекса АМК-2000 // НТВ «Каротажник». Тверь: Изд. АИС. 2005. Вып. 10-11 (137-138). С. 47-60.
[19]2. Смирнов Н.А., Варыхалов А.С., Рыбаков В.В. и др. Технико-технологические особенности оценки качества цементирования обсадных колонн методом акустического сканирования // НТВ «Каротажник». Тверь: Изд. АИС. 2009. Вып. 4 (181). С. 98-108.
